六方氮化硼尺寸对合成酯绝缘油电气性能的影响机制研究

为提升合成酯绝缘油(Synthetic ester insulating oils)的介电性能和击穿电压，研究人员通过添加不同尺寸的六方氮化硼(h-BN)，系统分析了其尺寸效应。结果表明，2 μm h-BN可降低介损因子(DDF)25%，0.6 μm h-BN使交流击穿电压(AC BDV)提升19%，为电力设备绝缘材料设计提供了新思路。

　　

随着绿色能源转型加速，电力设备绝缘介质的性能优化成为关键课题。合成酯绝缘油因其环保性和高绝缘强度被广泛应用于海上风电等场景，但其高运动粘度和介电损耗因子(DDF)导致散热效率不足。六方氮化硼(h-BN)作为二维绝缘材料，兼具优异导热性和介电性能，但其尺寸效应对合成酯油电气特性的影响机制尚不明确。

为此，长沙理工大学（Changsha University of Science and Technology）的研究团队在《Surfaces and Interfaces》发表研究，通过分离不同尺寸h-BN（0.6 μm、1 μm、2 μm），结合扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等技术表征材料特性，并系统测试了h-BN/合成酯复合体系的介电性能。研究发现：2 μm h-BN在0.01 wt%添加量下使DDF降低至0.127%，体积电阻率(VR)提升155%；而0.6 μm h-BN在0.005 wt%浓度下将交流击穿电压(AC BDV)从66.7 kV提升至79.4 kV。通过偶极矩和静电势分析，揭示了h-BN尺寸与表面键合对电荷分布的调控机制。

关键技术包括：动态光散射(DLS)分析分散稳定性、紫外可见光谱(UV-vis)测定能带隙、X射线光电子能谱(XPS)表征表面化学状态。

主要结果：

1. 材料表征：SEM显示h-BN呈薄片状，XRD证实晶体结构完整，XPS表明B-N键主导表面化学状态。
2. 介电性能：大尺寸h-BN（2 μm）更有效抑制介电损耗，小尺寸h-BN（0.6 μm）显著提升击穿强度。
3. 机理分析：静电势模拟表明h-BN尺寸影响酯分子偶极排列，表面键合状态决定电荷捕获能力。

该研究首次阐明h-BN尺寸与合成酯油电气性能的构效关系，为电力设备绝缘材料设计提供了精准调控策略。成果获广东电网科技项目（03610020230301KC00030）支持，对提升变压器运行效率和新能源并网可靠性具有重要意义。