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            重慶大學司馬文霞教授團隊 ACS AMI:面向高濕、高鹽地區電力裝備的絕緣材料靶向自修復技術研究
            2022-11-05  來源:高分子科技

              電力裝備在高濕、高鹽地區長期服役過程中其內部的絕緣材料會在強電場誘導下產生樹枝狀損傷(亦稱為“水樹枝”),從而導致絕緣材料電氣性能大幅下降,嚴重威脅電力裝備的運行安全。近年來興起的微膠囊自修復技術為徹底解決上述問題帶來了曙光,但由于“水樹枝”通道內部存在的水分會阻礙膠囊內的修復劑流入,傳統微膠囊技術對修復“水樹枝”難以奏效,解決高濕環境下絕緣材料內部電損傷的自修復問題面臨挑戰。


             

              近期,重慶大學電氣工程學院高電壓與絕緣技術系的司馬文霞教授團隊制備了一種新型智能靶向自修復絕緣材料,其通過微化學反應平臺構筑了具有磁場響應特性的靶向自修復微膠囊(圖1),可利用定向磁場誘導微膠囊在預制環氧樹脂內部靶向分布,當“水樹枝”損傷打破微膠囊外殼時,其內部的修復劑能夠在與“水樹枝”通道內部的水分融合并緩慢發生固化反應,實現對損傷的自感知、自修復。利用在膠囊殼體與基體材料之間形成的高分子互穿網絡結構(圖2)抑制了微膠囊對基體材料電氣性能的負面影響(圖3),并通過磁控靶向技術在確保修復效果的前提下大大降低了微膠囊的摻雜濃度,微膠囊的靶向分布特性與自修復效果如圖4、圖5所示。這項研究工作填補了國內外水樹枝自修復研究領域的空白,為提高沿海高濕環境下電力裝備的服役壽命提供一種新思路。該工作以“A magnetically targeted, water-triggered, self-healing microcapsule based on microfluidic techniques enabling targeted healing of water tree damage in epoxy resin”為題發表在《ACS Applied Materials & Interfaces》上(ACS Appl. Mater. Inter. , 2022)。文章第一作者是重慶大學司馬文霞教授,第二作者是碩士生樊開森,通訊作者是孫魄韜副教授,該研究得到國家自然科學基金委的支持。


            (a)                                                       (b)

            圖1 (a)微膠囊的SEM圖;(b)微膠囊殼層的SEM圖 

            圖2 微膠囊與基體之間形成的高分子互穿網絡反應原理圖



            圖3 (a)復合絕緣材料位移-載荷曲線;(b)復合絕緣材料交流擊穿場強威布爾分布圖;(c)復合絕緣材料介電常數曲線

            (a)                         (b)
            圖4 (a)微膠囊隨機分布的復合材料橫截面SEM圖;(b) 微膠囊靶向分布的復合材料橫截面SEM圖


            (a)

            (b)                         (c)

            圖5 (a)復合材料對機械損傷自修復的熒光顯微鏡圖像; (b)復合材料對水樹枝損傷自修復的熒光顯微鏡圖像; (c)修復完成后復合材料的橫截面SEM圖像


              該工作是團隊關于絕緣材料損傷自修復技術相關研究的最新進展之一。絕緣材料在復雜電、熱、機械應力下產生的微尺度損傷是威脅電力裝備運行安全的重要因素。為此團隊開展了一系列絕緣材料損傷自修復的研究工作,提出了多種絕緣材料自修復方法與策略。在過去兩年中,團隊研發了一種基于微膠囊技術的自修復環氧樹脂復合絕緣材料(Chem. Eng. J.2021, 405, 126908),提出了微膠囊在復合材料中的靶向誘導方法(ACS Appl. Mater. Inter. , 2021, 13, 28),構筑了具有多重響應功能的環保型自修復微膠囊(Nanoscale , 2022, 14),并提出無殼化微球自修復技術路線(J. Mater. Chem. C , 2022, 10, 28)。


              原文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acsami.2c13588

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