絕緣材料開發的案例
電線電纜絕緣及護套材料的技術分析
所以，在電線電纜質量方面出現的安全問題層出不窮，這主要是在電線電纜研制的過程使用材料不符合要求，主要集中在絕緣及護套材料使用不規范、不標準，使得電線電纜質量問題在社會群眾中影響極大，為此，我國的質量監督部門制定了相關的規章制度，明確了使用符合標準的絕緣及護套材料，同時需要工廠對生產材料進行嚴格的檢查和管理，以提高電線電纜在使用過程中安全性得到有效保障。據相關部門統計，當前電線電纜在產品的檢測過程中，有85%的檢測項目集中在絕緣及護套材料的使用。從中我們可以看到絕緣及護套材料與電線電纜有著密不可分的關系，如果電線電纜的使用的絕緣及護套材料生產成本降低，影響到電纜的使用壽命不言而喻，也再次證明使用絕緣及護套材料對于電力電纜作用的發揮，有著至關重要的作用。
二、如何對符合標準的絕緣及護套材料的選取
在電線電纜的生產中，我們可以看到不同的企業在選擇電線電纜基礎材料時，一般都使用國家規定的權威組織發布的材料標準進行工藝的生產，并且在采購過程中，也是嚴格按照相關權威部門規定的生產工藝、試驗手段、驗收依據進行生產的，但依然存在一些誤差，這主要是由于依據標準只是作為一種參考，而大多數企業要選取合適的材料時，不僅僅是盲目的依照權威機構的規矩執行，而是要根據生產電線電纜的質地標準進行選取絕緣及護套材料，這樣不僅不會導致電線電纜生產質量完全達標，而且也是一種控制絕緣及護套材料的有效方法，既保證的電線電纜的質量又降低電纜企業的成本支出。因此在選取符合的絕緣及護套材料，首先要需要在參考材料標準，其次是尋求適合自身實際生產的原材料，這樣生產出的電線電纜質量才符合人民的生產生活需要。
展開 變壓器用絕緣材料分析盤點
絕緣材料是變壓器中最重要的材料之一，其性能及質量直接影響變壓器運行的可靠性和變壓器使用壽命。近年來，變壓器產品所采用的新絕緣材料層出不窮。隨著科學技術的迅速發展，電機、變壓器等電氣設備的應用日益廣泛。而變壓器運行的可靠性和使用壽命卻在很大程度上取決于其所使用的絕緣材料。絕緣材料越來越為從事變壓器設計和制造人員所重視。近二十年來，變壓器絕緣材料方面的新產品、新技術、新理論不斷地涌現和發展，從而使變壓器絕緣材料及其應用形成了一門很重要的學科。
絕緣材料又稱電介質，是電阻率高、導電能力低的物資。絕緣材料可用于隔離帶電或不同電位的導體，使電流按一定方向流通。在變壓器產品中，絕緣材料還起著散熱、冷卻、支撐、固定、滅弧、改善電位梯度、防潮、防霉和保護導體等作用。絕緣材料按電壓等級分類：一般分為：Y（90℃）、A（105）、E（120℃）、B（130℃）、F（155℃）、H（180℃）、C（大于180℃）。變壓器絕緣材料的耐熱等級是指絕緣材料在變壓器所允許承受的最高溫度。如果正確地使用絕緣材料，就能保證材料20年的使用壽命。否則就會依據8℃定律（A級絕緣溫度每升高8℃，使用壽命降低一半、B級絕緣是10℃，H級是12℃。這一規律被稱為熱老化的8℃規律）降低使用壽命。由高聚物組成的絕緣材料的耐熱性一半比無機電介質低。
絕緣材料性能與其分子組成和分子結構密切相關。
展開 常用的幾種電線電纜絕緣材料
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絕緣層與保護層、屏蔽層、護套層、導體線芯一樣，是構成電線電纜必須的基本構件。它確保導體線芯傳輸的電流或電磁波、光波只沿著導線行進而不流向外面，同時也確保外界物體和人身的安全。今天的電線電纜絕緣材料中，塑料和橡膠兩大類有面高分子材料已占主導材料，衍生出類型繁多的適用于不同用途和環境要求的電線電纜產品。
下面介紹生產生活中最常用的幾類電線電纜絕緣材料
第一類聚氯乙烯(PVC)料
聚氯乙烯塑料價格便宜，特理機械性能較好，擠出工藝簡單，比重輕，耐油和耐腐蝕好。同時，氯乙烯(PVC)性能參數一般，多用來制造1KV及以下的低壓電線電纜。采用添加了電壓穩定劑的聚氯乙烯(PVC)絕緣料，允許生產6KV級電纜。
聚氯乙烯(PVC)有一定阻燃料，但燃燒時會釋放一毒煙氣，不宜用于著火燃燒時需要滿足低煙、低毒要求的場合。同時聚氯乙烯(PVC)線纜也不適用在含有苯及苯胺類、酮類、吡啶、甲醇、乙醇、乙醛化學劑土質中，不宜用在含有三氯乙烯、 三 氯 甲 烷 、四氯化碳、二硫化碳、冰醋酸環境中。
第二類:交聯聚乙烯(XLPE)
交聯聚乙烯(XLPE)電絕緣性能優越，經過高分子交聯后成為熱固性材料，機械性能和耐熱性好。已成為中、高壓電力電纜的主導品種。交聯聚乙烯(XLPE)也具有結構簡單，制造方便，比重輕，敷設方便、耐腐蝕、做終端和中間接頭簡單。交聯聚乙烯(XLPE)不含鹵素，不阻燃，燃燒時不會產生大量毒氣及煙霧，若添加阻燃劑，會使機械性能及電氣性能下降。交聯聚乙烯(XLPE)對紫外線照射敏感。
展開 氧化鋁在導熱絕緣高分子復合材料中的應用
需要開發導熱絕緣高分子復合材料替代傳統高分子材料，作為熱界面和封裝材料，迅速將發熱元件熱量傳遞給散熱設備，保障電子設備正常運行。
1.填料的導熱機理
高分子材料本身的熱傳導系數比較小 ，所以填充型高分子復合材料導熱性能主要依賴于填充物的導熱系數，填充物在基體中的分布以及與基體的相互作用。填料用量較小時，填料雖均勻分散于樹脂中，但彼此間未能形成相互接觸和相互作用，導熱性提高不大；填料用量提高到某一臨界值時，填料間形成接觸和相互作用，體系內形成了類似網狀或鏈狀結構形態，即形成導熱網鏈。當導熱網鏈的取向與熱流方向一致時，材料導熱性能提高很快；體系中在熱流方向上未形成導熱網鏈時，會造成熱流方向上熱阻很大，導致材料導熱性能很差。
制造具有優良綜合性能的導熱材料一般有兩種途徑：一種是合成具有高熱導率的結構聚合物；另一種是在聚合物中填充高導熱性的填料。后者比較常見。一般都是用高導熱性的金屬或無機填料對高分子材料進行填充。氧化鋁（VK-L04R,VK-L600D）通常作
為填料應用于絕緣導熱高分子復合材料。
2 氧化鋁的形態及表面處理
2.1 氧化鋁（VK-L04R,VK-L600D）作為導熱絕緣材料的特點
具有導熱電絕緣性能的填料很少。常見的幾種及其熱導率分別見表1。實驗研究證明，當填料與基體熱導率之比大于100時。提高填料導熱系數已意義不大。這 就意味著應用電絕緣填料如Al2O3，MgO、BeO、AlN等可制備具有較高導熱性能的電絕緣復合材料.與其他填料相比Al2O3（VK-L04R,VK-L600D）的導熱率不高，但是其價格較低，來源較廣，填充量較大，常用作絕緣導熱聚合物的填料。Al2O3通常單獨使用或與其他填料混合使用。
展開 
具有優異的電絕緣、高導熱性能的聚合物復合材料
來源 | Composites Science and Technology
01
背景介紹
熱管理在現代工業和技術中發揮著越來越重要的作用，導熱材料已成為眾多電子產品和大型設備(包括能源設備、航天飛行器等)不可或缺的一部分。大多數金屬和陶瓷一般都是理想的導熱體，這可以分別歸因于電子熱傳導和相對完美的晶格振動。聚合物良好的可加工性和電絕緣性能使其在熱管理中不可或缺，但其隨機盤繞的共價分子鏈會產生強烈的聲子散射，由此產生的低導熱系數極大地限制了其在散熱中的應用。
通過提高分子鏈的結晶度和有序度，聚乙烯纖維、聚乙烯薄膜、聚乙烯氧化物纖維和聚苯并二惡唑纖維獲得了優異的導熱系數。這為輕質、可加工和絕緣導熱材料開辟了兩個新思路。超高分子量聚乙烯(UHMWPE)以其優異的力學性能、低密度、良好的耐化學性、高耐磨性等特點而備受關注。最近的研究已經擴大了在熱管理中使用聚乙烯的可能性。
超高分子量聚乙烯纖維具有較高的導熱系數和優良的絕緣性能，非常適合在電絕緣領域發展為導熱材料。目前，絕緣導熱材料主要是填充導熱填料，然而在高填充量下面臨導熱系數惡化、密度高、可加工性差等棘手問題。利用超高分子量聚乙烯纖維開發全聚合物復合材料有望解決上述問題。但目前很少有研究對超高分子量聚乙烯纖維復合材料的導熱系數進行研究，導熱系數大于10 W/mK的超高分子量聚乙烯復合材料更是罕見。
02
成果掠影
近期，北京大學白樹林教授在開發具有高導熱和電絕緣性能的聚合物復合材料取得新成果。
針對開發具有優異機械性能、電絕緣、高導熱的全聚合物復合材料，通過熱壓法制備了種具有（0°/90°、±45°）兩種取向結構的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維/環氧樹脂復合材料。
展開 【技術帖】新能源汽車驅動電機絕緣材料解決方案
為滿足未來新能源汽車的驅動電機發展需求持續開發
依托先進的技術、極高的產品性能和豐富的產品線，索爾維為電動汽車行業提供全面的絕緣、耐高溫特種材料解決方案，業已成為電動汽車產業鏈領先企業的可靠合作伙伴，并為順應未來電機組件模塊化、輕質緊湊及高效冷卻的發展趨勢，開發了獨特的材料。
索爾維將一如既往地持續開發更多業界領先的高性能特種聚合物，并憑借在技術和加工領域積累的大量數據和經驗，針對創新理念提出優化意見和建議。
一種具有高導熱和絕緣性的PBO納米復合材料
此外，為了避免微電子元件之間形成短路電流和信號相互干擾，聚合物基復合紙應具有優異的電絕緣性，以滿足實際電子工程中的應用。雖然導熱聚合物基體(聚四氟乙烯、聚酰亞胺、芳綸和纖維素納米纖維等)復合紙由于其成本低、加工工藝簡單，但其本身耐熱性差或機械性能差，在工業上得到了廣泛的應用。或者低導熱率限制了它們的應用，不再保證高端電子電器熱管理領域的穩定性和可靠性。
在已知的有機纖維中，PBO纖維具有最高的熱分解溫度(650℃)、最佳的拉伸強度(5.8 GPa)和拉伸模量(280 GPa)，被譽為21世紀的超級纖維。最近的研究表明，通過有機酸剝離得到的PBO納米纖維(PNF)可以保留PBO纖維優異的力學性能和耐熱性。此外，它們的內部含有高度定向的分子鏈和原始結晶度，具有比普通聚合物基體更好的導熱性，在導熱聚合物基復合紙領域具有廣闊的應用前景
02
成果掠影
近期，西北工業大學顧軍渭/重慶師范大學Tang Yusheng團隊通過“溶膠-凝膠”薄膜轉化工藝將表面功能化的氮化硼(m-BN)與聚對苯撐苯并二噁唑納米纖維(PNF)均勻復合，制備出仿貝殼珍珠層結構的m-BN/PNF納米復合紙。本文采用“高溫固相&重氮鹽分解”法制備了聯苯胺功能化氮化硼(m-BN)。隨后，通過溶膠-凝膠膜轉化法制備了m-BN/聚(苯并苯并異惡唑)納米纖維(PNF)納米復合紙。由于m-BN和PNF之間存在廣泛的氫鍵和π -π相互作用，以及穩定的模擬納米層狀結構，所獲得的m-BN/PNF納米復合紙具有優異的導熱性、令人難以置信的電絕緣性、出色的機械性能和熱穩定性。其λ∥和λ⊥分別為9.68和0.84 W/mK，體積電阻率和擊穿強度分別高達2.3× 1015 Ω.m和324.2 kV/mm。
展開 用于電池熱管理的具有增強電絕緣性的寬溫域柔性相變材料
熱致柔性復合相變材料（CPCM）近年來在電池熱管理（BTM）領域得到廣泛應用，但其窄溫域和低電阻率不利于保障電池熱安全。
02
成果掠影
近期，河北工業大學孔祥飛教授團隊以石蠟（PA）作為相變材料，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）作為柔性支撐材料，氮化鋁（ALN）作為主要電絕緣材料，膨脹石墨（EG）作為主要導熱增強材料，成功制備出具有增強的電絕緣性能和寬溫域（25℃至60℃）的新型熱致柔性復合相變材料。ALN的添加不僅提高了CPCM的體積電阻率，還有助于材料的循環穩定性。實驗表明，最高溫度和最大溫差可分別控制在47℃和5℃以內，比自然冷卻電池低15.94℃和4.93℃。導熱系數和熱焓分別對保證溫度均勻性和最高溫度起決定性作用，這為CPCM的制備目標提供了指導。相關研究成果以“Wide-temperature flexible phase change materials with enhanced electrical insulation for battery thermal management”為題發表于《Journal of Energy Storage》。
03
圖文導讀
圖1 復合材料的制備工藝。
圖2 (a)測試平臺原理圖；(b)熱電偶設置位置；(c)高精度電池測試系統的設置。
圖3 在SBS：PA = 3：7下加入不同質量EG的泄漏試驗結果。
圖4 CPCMs隨時間推移的泄漏率。
展開 絕緣≠不可能，現在這個材料可以3D打印啦！
聚酰亞胺薄膜（KAPTON）是一種很強大的材料，是杜邦公司在20世紀60年代開發的一種材料，一般作為薄膜生產。此前在3D打印中起絕緣作用。
但沒有人打印過KAPTON。如果能打印，這一定是件好事，因為這種材料具有令人難以置信的抵抗幾乎所有環境風險的能力，包括許多化學品，紫外線和電流。它還具有550℃的耐高溫性，遠遠高于任何其他常用聚合物。
如果用這種材料3D打印物體，他們可以用于室外，高溫以及其他許多場景，是當前許多材料無法做到的。
而現在，美國弗吉尼亞理工大學的研究人員開發了“DIW”（直接墨水寫入）的3D打印過程，將KAPTON顆粒與溶劑混合，使用常規3D打印三軸設置擠出成所需的形狀，然后經過沉積，UV光固化，以及后處理去除溶劑保留純KAPTON部分。
由此打印所得的部件具有與KAPTON一樣的特性，可經受約400℃的溫度，變形溫度也僅略低于550℃。
目前高溫的3D打印部件只有陶瓷和金屬，這項技術是一個相當大的發展。雖然目前還處于技術研究階段，但這項技術有商業化的價值。
來源：3D打印世界
展開 上海交大黃興溢教授、鮑華教授合作《AFM》：高導熱輻射熱制冷絕緣材料
有鑒于此，上海交通大學電氣材料與絕緣研究中心黃興溢教授與密西根學院的鮑華教授緊密合作，開發了一種具有高導熱率的輻射制冷絕緣材料，該材料不僅具有高達98%的陽光反射率，可以實現全天輻射制冷效果，且該材料的高導熱特性使其可用于戶外設備的高效熱管理，有效降低器件、裝備的工作溫度。相關工作以“Thermo-Optically Designed Scalable Photonic Films with High Thermal Conductivity for Subambient and Above-Ambient Radiative Cooling”發表在《Advanced Functional Materials》。
通過對多種光散射體的理論計算以及實驗，該團隊發現h-BN滿足制備高導熱輻射制冷材料的三個重要特性：
1. 具有恰好高于陽光能量的帶隙，這使其在陽光波段沒有吸收；
2. 具有高折光率，這使其與聚合物基體形成較大的折光率差異，有利于提高對陽光的散射效率；
3. 具有高導熱率，這使其可以有效提升材料整體的導熱率。
除此之外，與傳統的球形光學散射體不同，h-BN具有獨特的2D形狀，而散射體形狀會顯著影響散射行為。通過模擬發現，當光與球形顆粒碰撞時，更多的是發生前向散射，即大部分光被散射后仍在向前傳播，沒有發生大的方向偏轉（圖2 g，h）；而當光與2D顆粒碰撞時，背向散射的成分大幅增加，2D顆粒像屏障一樣將光反彈回入射方向，從而帶來高效的陽光反射（圖2 i，j）。這些特性使得h-BN在較低填料含量下就可實現更高的陽光反射率，且使材料整體的導熱率大幅提升。
圖 2 光學模擬。
展開 上海交通大學江平開團隊在導熱絕緣聚合物材料研究獲得新進展
聚合物在電力設備及電子器件中被廣泛用作絕緣材料，但大部分聚合物材料導熱系數低，嚴重制約了各種設備熱管理能力的提升。所以，絕緣聚合物材料的熱管理能力的提升在相當程度上決定了電力設備及電子器件的技術水平。為解決這一問題，傳統的方式是通過在聚合物中添加大量無機、金屬或碳類導熱填料增強材料的熱傳遞性能。但這一方法同時會犧牲聚合物材料的絕緣性能、機械性能及加工性能。因此，在低填充下實現高效熱管理能力是國際導熱絕緣材料研究領域中的一大難題。
近期，上海交通大學上海市電氣絕緣與熱老化重點實驗室江平開教授團隊在ACS Nano上發表題為“Highly Thermally Conductive Yet Electrically Insulating Polymer/Boron Nitride Nanosheets Nanocomposite Films for Improved Thermal Management Capability”的文章，報道了利用高壓靜電紡絲法制備面內取向、互相連接、結構可控的二維氮化硼納米片(BNNS)結構，成功在低填充下同時實現聚合物絕緣材料導熱系數的高效增強以及材料絕緣性能的明顯提高。
江平開教授團隊多年來致力于導熱絕緣材料的應用基礎研究，該文的發表是繼該團隊近年在《Advanced Functional Materials》、《ACS Applied Materials & Interfaces 》等雜志發表導熱絕緣研究論文后的又一次重要進展。
首先進行PVDF和BNNS的混合溶液制備，在選用較優的比例下進行靜電紡絲制得取向排列且互相連接的BNNS 聚合物復合纖維。
展開 
天津大學汪懷遠教授團隊CEJ：基于神經元微結構的高導熱絕緣復合材料
該復合材料具有高的導熱系數（12.13 Wm-1K-1, bulk TC）、優異的熱穩定性（Tg:172.2℃）、突出的電絕緣性能（1.5×1016Ω·cm）和穩定的儲能模量（50 times higher than the matrix）。這些優異的性能來源于神經元樣微結構與界面增強的協同機制。更重要的是，移動PC端進行的壓力測試顯示了出色的應用效果，可以改善用戶對現代電子設備的體驗。因此，相信本研究有可能為設計仿生類神經元微結構復合材料，解決先進電子封裝技術中的散熱問題開辟一條途徑。
原文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.131280
展開 高絕緣-鐵電復合微粒顯著提高柔性聚合物復合材料的靜電儲能性能
結合氮化硼的高絕緣性和鈦酸鋇的高介電常數，降低PVDF復合材料的空間電荷密度和電流密度，增強鈦酸鋇的極化，獲得擊穿強度（PVDF基體的1.76倍）和電位移（580 kV/mm時電位移為9.3 μC/cm2）的顯著提高，得到高儲能密度（17.6 J/cm3, PVDF基體的2.8倍）電介質儲能材料。
該研究工作得到了國家自然科學基金、科技部、廣東省產學研、先進院優青等項目資助。
原文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201803204
來源：中國科學院深圳先進技術研究院
展開 材料 | Kebotix與多倫多大學合作開發新型OLED材料，顯著提高發光效率
除了對環境和消費者有利以外，OLED發光材料還具有可持續性和非常高的回收率。
“OLED顯示器是一種幾乎每個人每天都在使用的技術，”Aspuru-Guzik在解釋為什么這個研究方向在他實驗室研究中擁有廣泛吸引力時說道，“正如我們所知，OLED顯示器真正讓我們周圍的世界成為可能。憑借柔性和透明屏幕等應用前景，OLED顯示器即將把我們帶入一個更加身臨其境的數字技術新時代，并最終改善我們周圍每個人的生活。”
公司其他近期開發工作包括：
Kebotix發現了幾種新型OLED發光材料分子，與傳統發光材料不同，它們比廣泛用于顯示器生產中的傳統材料更適合氣相沉積技術。公司在不到六個月的時間內發現這些材料并基于此開發出器件原型，這些分子計劃在今年晚些時候與制造伙伴合作進行測試。
Kebotix被一個跨學科研究機構選為行業合作伙伴，該研究機構由科羅拉多礦業學院領導并由美國國家科學基金會資助了1500萬美元。作為數據驅動動力設計研究所（簡稱ID4）的私營企業代表，Kebotix與11所知名和受人尊敬的研究型大學合作，利用數據加速經濟高效和可持續材料的發現。
關于 Kebotix 公司
Kebotix公司改變了21世紀突破性化學品和材料的發現和開發過程，通過使用當今最先進的人工智能、機器學習和機器人技術為科學研究增添了確定性。通過使用專有的閉環研發流程讓科學研究過程自動化，最終在一個自驅動的實驗室平臺下預測和開發出新型目標化學材料，Kebotix的這種數字平臺為實驗室研究人員提供了支持。目前，公司獲得了非常多的積極成果，比如提高投資回報率，將上市時間從幾年縮短到幾個月。
展開 材料 | 韓慶尚國立大學開發出高色純度的藍色OLED材料
CINNO Research產業資訊，韓國慶尚國立大學自然科學學院化學系金允熙教授團隊與仁荷大學李正煥教授團隊共同宣布，成功開發出基于多重共振效應的基于硼系材料的高色純度高效藍色遲延熒光材料。
研究結果被著名國際學術雜志?SMALL?(IF:13.281)選中為5月12日的封面論文
根據韓媒慶南民道新聞報道，此次研究是在韓國研究財團中堅研究人員支援事業及產業通商資源部技術創新事業的支持下，由金允熙教授團隊陳亨鎮博士生和李正煥教授團隊申允燮碩士共同作為第一作者參與進行的。
本次研究，針對利用多共振效應的硼系材料時，遲延熒光材料的最大難題-低色純度，提出了新的解決方案。
然而，硼系材料的合成良率極低，合成難度高，增加發光體的摻雜濃度時，由于強分子間的相互作用導致的自消光傾向，導致OLED元件性能及色純度降低的問題。
本論文介紹的材料采用抑制分子間相互作用和異性質體形成的結構，實現了最大EQE為24.3%，CIE坐標為0.124、0.140，FWHM為28nm的高效純藍色OLED，由于分子間相互作用的抑制，在20%以上的高摻雜濃度下，也能保持穩定的色純度。此外，還可以抑制異性質體的形成，獲得較高的合成良品率。
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