重慶大學(xué)司馬文霞教授團(tuán)隊 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 來源：高分子科技
電力裝備在高濕、高鹽地區(qū)長期服役過程中其內(nèi)部的絕緣材料會在強(qiáng)電場誘導(dǎo)下產(chǎn)生樹枝狀損傷（亦稱為“水樹枝”），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。近年來興起的微膠囊自修復(fù)技術(shù)為徹底解決上述問題帶來了曙光，但由于“水樹枝”通道內(nèi)部存在的水分會阻礙膠囊內(nèi)的修復(fù)劑流入，傳統(tǒng)微膠囊技術(shù)對修復(fù)“水樹枝”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)隊制備了一種新型智能靶向自修復(fù)絕緣材料，其通過微化學(xué)反應(yīng)平臺構(gòu)筑了具有磁場響應(yīng)特性的靶向自修復(fù)微膠囊（圖1），可利用定向磁場誘導(dǎo)微膠囊在預(yù)制環(huán)氧樹脂內(nèi)部靶向分布，當(dāng)“水樹枝”損傷打破微膠囊外殼時，其內(nèi)部的修復(fù)劑能夠在與“水樹枝”通道內(nèi)部的水分融合并緩慢發(fā)生固化反應(yīng)，實現(xiàn)對損傷的自感知、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）抑制了微膠囊對基體材料電氣性能的負(fù)面影響（圖3），并通過磁控靶向技術(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。這項研究工作填補(bǔ)了國內(nèi)外水樹枝自修復(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森，通訊作者是孫魄韜副教授，該研究得到國家自然科學(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
(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)合材料對機(jī)械損傷自修復(fù)的熒光顯微鏡圖像; (b)復(fù)合材料對水樹枝損傷自修復(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
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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