不同厚度对击穿电压实验的影响

不同厚度和不同极化/去极化程度对击穿电压特性的影响：

   为了分析极化/去极化程度对聚丙烯薄膜击穿特性的影响，对不同极化/去极化时间(Oh, 2h, 6h,  10h)的厚度为100 um的试样在电极间距为4 mm的针一棒电极下进行击穿实验，经过韦伯分布处理后的实验结果如图1所示，随着极化/去极化时间的增加，击穿电压呈现下降的趋势，由0h的13.86 kV下降到10h的11.75kV。由于极化/去极化过程中的电荷注入，聚丙烯薄膜的晶体结构被破坏和减小，极化/去极化对非结晶区的影响更为显著，从而导致电场强度的降低。此外，在聚合物表面上产生的电荷提高了电极连接处的电场强度，并导致击穿电压的下降。

   为了分析试样厚度对聚丙烯薄膜击穿特性的影响，对不同极化/去极化时间的厚度分别为20um和60 um的试样在电极间距为4 mm的针一棒电极下进行击穿实验，经过韦伯分布处理后的实验结果如图2所示，同样可以看出随着极化/去极化时间的增加，击穿电压呈现下降的趋势。可见聚丙烯绝缘的极化/去极化程度与击穿电压有一定的线性关系，大分子发生断键，产生大量的小分子，使非结晶区更加不均匀，导致其承受的电场相对较大而更容易发生击穿。随着极化/去极化程度的加剧，这种效应更加明显。另外，随着试样厚度的增加，击穿电压也随之增加。这主要是因为在体积效应的作用下，接触点处的电场应力随着势垒厚度的增加而减小，对于更厚的固体势垒这意味着需要更高的外加电压来提高电离过程，以便提高接触点处的电场应力以达到击穿条件。本文也对60um和100um厚度的试样在不同极化/去极化时间的击穿电流进行了处理分析，如图3所示，随着极化/去极化时间的增加，击穿电流呈现下降的趋势，这归因于极化/去极化程度的加剧，使聚丙烯薄膜击穿变得更加容易。同时可看出，随着试样厚度的增加，击穿电流也呈现出增长的趋热。

         利用canny算子的图像提取方法对不同厚度的聚丙烯薄膜在不同极化/去极化时间的击穿孔进行计算分析，如图4所示，随着极化/去极化时间的增加，击穿孔面积表现出显著的下降趋势。再利用灰度共生矩阵的图像提取方法对聚丙烯薄膜在不同极化/去极化时间的击穿孔和碳化区进行计算分析，从图5同样可以看出角二阶矩阵随着极化/去极化时间的增加而下降，且对于越薄的薄膜下降趋势更加迅速。这主要是因为聚丙烯薄膜在极化/去极化作用下发生化学反应和结构变化，形成低密度区和小分子。因此，导电电子和离子在薄膜的导电能级中明显增加。在直流电场的作用下，导电电子可以获得足够的能量来破坏晶体结构，从而容易发生击穿。由于介质击穿和介电性能取决于薄膜的结构，随着极化/去极化时间的增加，晶体结构的破坏程度增强，所需的击穿能量减少，同时击穿电流的减小使得焦耳热对薄膜击穿形貌的影响变小，从而导致击穿孔面积和角二阶矩阵的减小。另外，随着试样厚度的增加，击穿孔面积和角二阶矩阵均呈现出下降的趋势。虽然越厚的薄膜由于有着更高的击穿电压和击穿电流而产生更多的能量，但是更大的体积可以很好地阻止热量的传导和扩散，从而保护薄膜的结构。