一種具有三維納米多孔結(jié)構(gòu)的固碳環(huán)保型復(fù)合絕緣電介質(zhì)的孔徑調(diào)控方法及其應(yīng)用

本發(fā)明屬于電力材料制備領(lǐng)域，尤其是一種具有三維納米多孔結(jié)構(gòu)的固碳環(huán)保型復(fù)合絕緣電介質(zhì)的孔徑調(diào)控方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著化石燃料的枯竭和環(huán)境污染問題的日益加劇，開發(fā)環(huán)?？稍偕茉匆殉蔀橥苿尤蚰茉崔D(zhuǎn)型和應(yīng)對氣候變化的關(guān)鍵戰(zhàn)略方向。海上風(fēng)電由于資源豐富、風(fēng)速穩(wěn)定連續(xù)、占地面積小，有望成為未來能源發(fā)電的重要支柱。然而，氣體絕緣輸電線路作為電能傳輸不可或缺的設(shè)備，存在電氣強(qiáng)度低、質(zhì)量體積大、污染環(huán)境等問題。因此，尋找和開發(fā)具有高絕緣強(qiáng)度的材料對于提高電氣設(shè)備的可靠性、減小設(shè)備尺寸、降低成本、節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境具有重要意義。近年來，納米復(fù)合電介質(zhì)材料因其獨(dú)特的多層結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能引起了人們的廣泛關(guān)注，在提高器件效率、減小元器件尺寸、節(jié)約能源和資源等方面具有顯著效果。然而，納米顆粒的表面活性強(qiáng)，在與基體進(jìn)行復(fù)合的過程中往往存在團(tuán)聚現(xiàn)象，難以均勻的分散在基體材料當(dāng)中，這導(dǎo)致了納米復(fù)合技術(shù)對材料擊穿場強(qiáng)的提高幅度是有限的，且納米顆粒的團(tuán)聚現(xiàn)象還可能造成納米復(fù)合電介質(zhì)的介電損耗增加，此外，納米復(fù)合電介質(zhì)的表征和評估受到了重復(fù)性差的限制。因此，納米復(fù)合電介質(zhì)的大規(guī)模應(yīng)用仍然具有挑戰(zhàn)性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對背景技術(shù)中存在的問題，提出了一種具有三維納米多孔結(jié)構(gòu)的固碳環(huán)保型復(fù)合絕緣電介質(zhì)(聚硅氧烷-納米多孔生物聚合物絕緣材料pnbim)的孔徑調(diào)控方法及其應(yīng)用。在co2氣體氛圍中，pnbim與co2組成的氣-固復(fù)合絕緣形式的擊穿場強(qiáng)得到了顯著提高，相對于純co2氣體間隙提高了761.01％。此外，pnbim具有優(yōu)異的介電性能，與常用的絕緣材料環(huán)氧樹脂(ep)相比，相對介電常數(shù)降低了63.8％，并且pnbim在絕緣性能、熱穩(wěn)定性和疏水性方面均優(yōu)于ep。其擊穿強(qiáng)度增強(qiáng)的機(jī)理是材料內(nèi)部的納米孔結(jié)構(gòu)能將絕緣氣體分割成納米尺度的單元，從而有效地抑制了氣體放電的發(fā)展過程，顯著地提高了材料的絕緣性能。

2、技術(shù)方案：

3、本發(fā)明首先公開了一種具有三維納米多孔結(jié)構(gòu)的固碳環(huán)保型復(fù)合絕緣電介質(zhì)的孔徑調(diào)控方法，所述方法包括以下步驟：

4、s1、制備淀粉溶液：首先，將玉米淀粉和蒸餾水混合；然后，將混合液水浴加熱并攪拌；最后，將懸浮液冷卻至室溫，得到淀粉溶液備用；

5、s2、制備前驅(qū)體溶液：將40質(zhì)量份數(shù)的尿素和15質(zhì)量份數(shù)的f127加入到200質(zhì)量份數(shù)的淀粉溶液中，攪拌得到前驅(qū)體溶液備用；

6、s3、制備復(fù)合濕凝膠：將71-72質(zhì)量份數(shù)的mtms加入前驅(qū)體溶液中，室溫下攪拌，將60質(zhì)量份數(shù)濃度為0.5mol?l-1乙酸加入到上述混合溶液中以促進(jìn)mtms水解，攪拌使得mtms混合均勻且充分水解；然后將所得混合物置于模具中，干燥后得到成型的復(fù)合濕凝膠；

7、s4、老化與干燥：

8、s4-1、將成型的復(fù)合濕凝膠浸泡在乙醇中，密封以防止乙醇的蒸發(fā)，然后將復(fù)合濕凝膠放入真空干燥箱中老化；將老化后的復(fù)合濕凝膠在乙醇中浸泡多次，以取代凝膠結(jié)構(gòu)中的溶劑；

9、s4-2、使用正己烷替換凝膠結(jié)構(gòu)中的乙醇和水，重復(fù)多次，以避免納米網(wǎng)絡(luò)的收縮甚至塌陷；

10、s4-3、將復(fù)合濕凝膠干燥最終得到pnbim，基于s2中淀粉濃度的調(diào)控實(shí)現(xiàn)pnbim的孔徑調(diào)控。

11、優(yōu)選的，s1中，混合液在90℃的水浴中加熱，并在600rpm的速度下攪拌2小時(shí)。

12、優(yōu)選的，s2中，是在600rpm的速度下磁力攪拌1小時(shí)。

13、優(yōu)選的，s3中，將71-72質(zhì)量份數(shù)的mtms加入前驅(qū)體溶液中，室溫下400rpm磁力攪拌30min后，將60質(zhì)量份數(shù)濃度為0.5mol?l-1乙酸加入到上述混合溶液中以促進(jìn)mtms水解，在400rpm下攪拌30min使得mtms混合均勻且充分水解；然后將所得混合物置于模具中，轉(zhuǎn)移到60℃的真空干燥箱中，4h后得到復(fù)合濕凝膠。

14、優(yōu)選的，s4-1中，使用保鮮膜密封以防止乙醇的蒸發(fā)。

15、優(yōu)選的，s4-1中，將復(fù)合濕凝膠放入真空干燥箱中老化12小時(shí)；將老化后的復(fù)合濕凝膠在乙醇中浸泡4次，每次12h，以取代凝膠結(jié)構(gòu)中的溶劑。

16、優(yōu)選的，s4-2中，使用正己烷替換凝膠結(jié)構(gòu)中的乙醇和水，重復(fù)6次，每次12h，以避免納米網(wǎng)絡(luò)的收縮甚至塌陷。

17、優(yōu)選的，s4-3中，將復(fù)合濕凝膠在真空干燥箱中60℃干燥12h，最終得到pnbim。

18、本發(fā)明還公開了具有三維納米多孔結(jié)構(gòu)的固碳環(huán)保型復(fù)合絕緣電介質(zhì)的孔徑調(diào)控方法在納米多孔材料的制備中的應(yīng)用。

19、本發(fā)明的有益效果

20、本發(fā)明所制備的聚硅氧烷-納米多孔生物聚合物絕緣材料與大氣中的二氧化碳(co2)結(jié)合，形成了一種新型的氣-固復(fù)合絕緣材料。這種材料在多個(gè)方面表現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢，包括高絕緣性、低介電損耗、輕質(zhì)、可再生、環(huán)保以及固碳等，為電氣設(shè)備的小型化和環(huán)保升級提供了新的途徑。具體的：

21、1、區(qū)別于常用的納米多孔絕緣材料的孔徑調(diào)控方法(改變催化劑乙酸的用量)，通過改變淀粉溶液的濃度來調(diào)控pnbim的孔徑；

22、2、該納米多孔材料可以與大氣co2復(fù)合，通過pnbim與co2的協(xié)同作用提高材料的擊穿場強(qiáng)，提供一種高性能、環(huán)保、固碳的新型絕緣形式；

23、3、相較于純co2氣體間隙的擊穿場強(qiáng)，固碳環(huán)保型復(fù)合絕緣電介質(zhì)與co2構(gòu)成的復(fù)合氣-固絕緣形式的擊穿場強(qiáng)提升了761.01％。

技術(shù)特征：

1.一種具有三維納米多孔結(jié)構(gòu)的固碳環(huán)保型復(fù)合絕緣電介質(zhì)的孔徑調(diào)控方法，其特征在于所述方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于s1中，混合液在90℃的水浴中加熱，并在600rpm的速度下攪拌2小時(shí)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于s2中，是在600rpm的速度下磁力攪拌1小時(shí)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于s3中，將71-72質(zhì)量份數(shù)的mtms加入前驅(qū)體溶液中，室溫下400rpm磁力攪拌30min后，將60質(zhì)量份數(shù)濃度為0.5mol?l-1乙酸加入到上述混合溶液中以促進(jìn)mtms水解，在400rpm下攪拌30min使得mtms混合均勻且充分水解；然后將所得混合物置于模具中，轉(zhuǎn)移到60℃的真空干燥箱中，4h后得到復(fù)合濕凝膠。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于s4-1中，使用保鮮膜密封以防止乙醇的蒸發(fā)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于s4-1中，將復(fù)合濕凝膠放入真空干燥箱中老化12小時(shí)；將老化后的復(fù)合濕凝膠在乙醇中浸泡4次，每次12h，以取代凝膠結(jié)構(gòu)中的溶劑。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于s4-2中，使用正己烷替換凝膠結(jié)構(gòu)中的乙醇和水，重復(fù)6次，每次12h，以避免納米網(wǎng)絡(luò)的收縮甚至塌陷。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于s4-3中，將復(fù)合濕凝膠在真空干燥箱中60℃干燥12h，最終得到pnbim。

9.如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的孔徑調(diào)控方法在制備納米多孔材料中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種具有三維納米多孔結(jié)構(gòu)的固碳環(huán)保型復(fù)合絕緣電介質(zhì)的孔徑調(diào)控方法，包括以下步驟：S1、制備淀粉溶液；S2、制備前驅(qū)體溶液；S3、制備復(fù)合濕凝膠；S4、老化與干燥獲得PNBIM?；赟2中淀粉濃度的調(diào)控實(shí)現(xiàn)PNBIM的孔徑調(diào)控。本發(fā)明所制備的聚硅氧烷?納米多孔生物聚合物絕緣材料與大氣中的二氧化碳(CO<subgt;2</subgt;)結(jié)合，形成了一種新型的氣?固復(fù)合絕緣材料。這種材料在多個(gè)方面表現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢，包括高絕緣性、低介電損耗、輕質(zhì)、可再生、環(huán)保以及固碳等，為電氣設(shè)備的小型化和環(huán)保升級提供了新的途徑。

技術(shù)研發(fā)人員：孫魄韜,司馬文霞,袁濤,楊鳴,陳曉曉,符寧龍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：重慶大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30