光-水双响应自触发协同修复聚乙烯纳米复合材料中杂化树枝损伤的研究

《Reactive and Functional Polymers》：Self-healing performance of hybrid trees in multi-monomer grafted polyethylene nanocomposites

聚合物绝缘材料在运行中易产生水树枝和电树枝损伤导致绝缘失效。为解决此问题，研究人员通过熔融接枝制备了双响应低密度聚乙烯（LDPE）自修复功能材料，通过调控光-水刺激下接枝单体的自组装行为，首次实现微缺陷的自触发协同修复。结果表明：材料击穿场强提升15.31%，自修复效率恢复至LDPE的90.35%，同时绝缘性和导热性增强。

　　

在电力设备绝缘领域，聚合物材料长期面临严峻挑战：在复杂运行条件下，绝缘材料内部易产生水树枝（water tree）和电树枝（electrical tree）等微损伤。这些微缺陷会逐步扩展，最终引发绝缘失效，导致设备故障甚至停电事故。传统修复方法往往需要外部干预，难以实现材料内部微损伤的自主、精准修复。因此，开发具有自触发修复能力的新型聚合物绝缘材料成为领域内的重要研究方向。

针对这一挑战，哈尔滨理工大学的Bo Zhu、Bo Yang、Yu Feng和Chenhao Ma在《Reactive and Functional Polymers》上发表研究，报道了一种具有双响应自修复功能的低密度聚乙烯（LDPE）纳米复合材料。该研究通过熔融接枝（melt grafting）技术，将多种单体接枝到LDPE基体上，并引入改性二氧化硅（SiO₂）纳米粒子作为填料介质，成功制备出能够在光-水刺激下实现自触发协同修复的新型功能材料。

研究人员采用的主要技术方法包括：熔融接枝技术制备功能化LDPE材料；改性SiO₂纳米粒子的制备与填充；材料介电性能、击穿场强、导热系数等关键性能的表征；以及水树枝和电树枝损伤的自修复效果评估。通过系统研究材料在光-水双刺激下的自组装行为与修复机制，揭示了材料自触发修复的协同作用原理。

材料制备与表征

通过熔融接枝技术成功将多种单体接枝到LDPE分子链上，改性SiO₂纳米粒子均匀分散在基体中。表征结果显示，接枝改性和纳米填充对LDPE基体的机械性能有轻微改善，同时显著增强了材料的综合性能。

介电性能与绝缘特性

研究表明，复合材料的击穿场强比纯LDPE提高了15.31%，介电性能和直流导电性能得到明显增强。改性SiO₂作为基质填料介质，有效提升了材料的绝缘性能和导热性能。

自修复性能研究

在光-水刺激下，接枝单体能够发生自组装行为，产生的填料可有效填充微孔洞。材料首次实现了对水树枝和电树枝微损伤的定向自主修复，自修复效率可恢复至LDPE的约90.35%。

协同修复机制

研究揭示了改性SiO₂自身修复性能与接枝单体响应行为的协同作用机制。在光-水双刺激下，材料能够自触发实现杂化树枝损伤的协同修复，展现了智能响应特性。

该研究通过精确调控接枝单体在光-水刺激下的自组装行为，并利用改性SiO₂的自修复特性，成功开发出具有双响应自修复功能的LDPE纳米复合材料。这种材料不仅显著提升了绝缘性能和导热性能，更重要的是实现了对微损伤的自触发协同修复，为开发新一代智能绝缘材料提供了新思路。研究成果对延长电力设备使用寿命、提高供电可靠性具有重要意义，在电力绝缘材料领域具有广阔的应用前景。