等离子体界面改性使双层聚丙烯绝缘材料具有抑制的空间电荷效应，并显著提升了海底电缆接头的击穿强度

《Langmuir》：Plasma Interface Modification Endows Bilayered Polypropylene Insulation with Suppressed Space Charge and Enhanced Breakdown Strength for Submarine Cable Joint

高压直流海下电缆接头绝缘层界面电荷积聚会引发失效，本研究采用AR驱动的介质阻挡放电系统，通过调控水前驱体浓度（1.0%）和时间（7分钟），优化绝缘层界面改性，显著减少微缺陷（电荷抑制66%）和电场畸变，提升击穿强度8.2%。氧含基团（-OH、-OCH3）增强深陷阱密度（1.06-1.15 eV），抑制电荷迁移。

　　

高压直流海底电缆对于发展跨海输电和清洁能源生产至关重要。然而，由于单根海底电缆的长度有限（<35公里），因此需要通过电缆接头来实现电缆的拼接。在接头处，绝缘层（CI）与增强层之间不可避免地会形成界面，电荷容易在此处积聚，最终导致电缆故障。本文构建了一种基于氩气驱动的介质阻挡放电系统，通过调节处理时间和氢气（H₂）前体的浓度来改变界面的物理化学状态。实验结果表明，使用浓度为1.0%的氢气处理7分钟后，电缆性能得到了显著提升。处理后，绝缘层表面的突起部分被有效去除，从而减少了界面焊接过程中的微缺陷。这些微缺陷的减少使异种电荷的积累减少了66%，并使击穿强度提高了8.2%。此外，氢气的引入为界面引入了含氧基团（羟基–OH和甲氧基–OCH₃），显著增加了界面区域的陷阱深度（从1.06电子伏特增加到1.15电子伏特）以及深陷阱的密度。密度泛函理论计算和界面建模阐明了界面区域的电荷行为，表明均匀的界面形态可以减少电场畸变并抑制电荷向界面区域的注入。含氧基团还充当电荷捕获中心，阻碍异种电荷在界面上的迁移，进一步降低了界面电荷密度并减轻了电场畸变。总体而言，本文提出的聚丙烯（PP）双层绝缘层的界面改性策略有助于延长海底电缆接头的使用寿命，并为高性能双层绝缘界面的制造提供了关键参考。