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重慶大學(xué)司馬文霞教授團(tuán)隊(duì) ACS AMI：面向高濕、高鹽地區(qū)電力裝備的絕緣材料靶向自修復(fù)技術(shù)研究
2022-11-05  來(lái)源：高分子科技

  電力裝備在高濕、高鹽地區(qū)長(zhǎng)期服役過(guò)程中其內(nèi)部的絕緣材料會(huì)在強(qiáng)電場(chǎng)誘導(dǎo)下產(chǎn)生樹(shù)枝狀損傷（亦稱為“水樹(shù)枝”），從而導(dǎo)致絕緣材料電氣性能大幅下降，嚴(yán)重威脅電力裝備的運(yùn)行安全。近年來(lái)興起的微膠囊自修復(fù)技術(shù)為徹底解決上述問(wèn)題帶來(lái)了曙光，但由于“水樹(shù)枝”通道內(nèi)部存在的水分會(huì)阻礙膠囊內(nèi)的修復(fù)劑流入，傳統(tǒng)微膠囊技術(shù)對(duì)修復(fù)“水樹(shù)枝”難以奏效，解決高濕環(huán)境下絕緣材料內(nèi)部電損傷的自修復(fù)問(wèn)題面臨挑戰(zhàn)。


 

  近期，重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院高電壓與絕緣技術(shù)系的司馬文霞教授團(tuán)隊(duì)制備了一種新型智能靶向自修復(fù)絕緣材料，其通過(guò)微化學(xué)反應(yīng)平臺(tái)構(gòu)筑了具有磁場(chǎng)響應(yīng)特性的靶向自修復(fù)微膠囊（圖1），可利用定向磁場(chǎng)誘導(dǎo)微膠囊在預(yù)制環(huán)氧樹(shù)脂內(nèi)部靶向分布，當(dāng)“水樹(shù)枝”損傷打破微膠囊外殼時(shí)，其內(nèi)部的修復(fù)劑能夠在與“水樹(shù)枝”通道內(nèi)部的水分融合并緩慢發(fā)生固化反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)損傷的自感知、自修復(fù)。利用在膠囊殼體與基體材料之間形成的高分子互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（圖2）抑制了微膠囊對(duì)基體材料電氣性能的負(fù)面影響（圖3），并通過(guò)磁控靶向技術(shù)在確保修復(fù)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(fù)效果如圖4、圖5所示。這項(xiàng)研究工作填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外水樹(shù)枝自修復(fù)研究領(lǐng)域的空白，為提高沿海高濕環(huán)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(fā)表在《ACS Applied Materials & Interfaces》上(ACS Appl. Mater. Inter. , 2022)。文章第一作者是重慶大學(xué)司馬文霞教授，第二作者是碩士生樊開(kāi)森，通訊作者是孫魄韜副教授，該研究得到國(guó)家自然科學(xué)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(wǎng)絡(luò)反應(yīng)原理圖



圖3 (a)復(fù)合絕緣材料位移-載荷曲線;(b)復(fù)合絕緣材料交流擊穿場(chǎng)強(qiáng)威布爾分布圖;(c)復(fù)合絕緣材料介電常數(shù)曲線

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


(a)

(b)                         (c)

圖5 (a)復(fù)合材料對(duì)機(jī)械損傷自修復(fù)的熒光顯微鏡圖像; (b)復(fù)合材料對(duì)水樹(shù)枝損傷自修復(fù)的熒光顯微鏡圖像; (c)修復(fù)完成后復(fù)合材料的橫截面SEM圖像


  該工作是團(tuán)隊(duì)關(guān)于絕緣材料損傷自修復(fù)技術(shù)相關(guān)研究的最新進(jìn)展之一。絕緣材料在復(fù)雜電、熱、機(jī)械應(yīng)力下產(chǎn)生的微尺度損傷是威脅電力裝備運(yùn)行安全的重要因素。為此團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了一系列絕緣材料損傷自修復(fù)的研究工作，提出了多種絕緣材料自修復(fù)方法與策略。在過(guò)去兩年中，團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種基于微膠囊技術(shù)的自修復(fù)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合絕緣材料(Chem. Eng. J., 2021, 405, 126908)，提出了微膠囊在復(fù)合材料中的靶向誘導(dǎo)方法(ACS Appl. Mater. Inter. , 2021, 13, 28)，構(gòu)筑了具有多重響應(yīng)功能的環(huán)保型自修復(fù)微膠囊(Nanoscale , 2022, 14)，并提出無(wú)殼化微球自修復(fù)技術(shù)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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（責(zé)任編輯：xu）
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