随着电气设备逐渐向高电压、大功率、集成化等方向发展，设备在运行过程中产生的热量不断增加，极易引起设备温升过高，在长期电、热、机械应力等多因素作用下易引起聚合物电介质发生老化甚至击穿失效，进而影响设备的可靠性和使用寿命。尤其是目前广泛应用于特高压柔直电网和新能源汽车的高压大功率半导体功率器件，由于其电压和功率的快速提升，使其内部绝缘易出现高温过热、击穿故障、材料开裂等问题。同时目前商用有机硅凝胶材料的热导率低、绝缘性能不足，亟需开发高热导率、高绝缘的耐热强韧电介质材料，以支撑半导体功率器件快速发展的需求。
向聚合物基体中添加高填充量导热粒子是提升其热导率的常用方法，但仍存在“热导率与击穿场强”难以协同调控及提升的内禀性矛盾。本论文提出了一种具有高电子亲和能且能够自组装包覆改性的阳离子聚合物，实现了有机硅凝胶封装材料热导率与击穿场强的协同提升。同时借助纳米金刚石静电吸附改性与高温煅烧技术，实现了材料热导率与击穿场强的进一步调控与优化。当填充量为20 wt%时，有机硅凝胶复合材料的室温交流击穿强度达到17.97 kV /mm，比纯有机硅凝胶提升7.2%。同时其具有0.557 W/m∙K的高热导率，约为纯有机硅凝胶的1.64倍。这项工作为开发半导体功率器件用新型高性能封装材料的研制提供了参考示范价值。
该项研究获得了国家自然科学基金、陕西省自然科学基金、陕西省教育厅服务地方项目及国家重点实验室开放课题等多项基金的资助。
研究生罗盟于2022年9月通过本硕萃英计划进入我院电气工程研究所，导师为王争东副教授。罗盟同学自本科毕设起开展半导体功率器件封装材料研究，以第一作者身份在《Chemical Engineering Journal》（中科院一区TOP期刊，影响因子：13.3）发表论文1篇。同时该同学以第一作者身份在电气工程高电压绝缘领域的行业卓越期刊《中国电机工程学报》、《高电压技术》、《IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation》期刊发表论文各1篇。此外，该同学以共同作者身份，在期刊《Composites Science and Technology》（中科院一区TOP期刊，影响因子：8.3），《Journal of Materials Science & Technology》（中科院一区TOP期刊，影响因子：11.2）发表论文2篇。
来源 | 机电工程学院科研办
编辑 | 吉紫晨
校对 | 宋晓琰
审核｜任延欢 李昂轩
