聚乙烯的電擊穿行為介紹：

       相比于其他電介質(zhì)，聚合物電介質(zhì)有特殊性的一面，科學(xué)家們經(jīng)過長期的實(shí)踐研究，提出了針對于聚合物的特殊擊穿理論：電-機(jī)械擊穿和樹枝化現(xiàn)象。 

      電-機(jī)械擊穿機(jī)制在 1955 年被 Stark 和 Garton 建立，解釋聚乙烯的擊穿行為。電-機(jī)械擊穿模型是基于電-機(jī)械效應(yīng)的。電-機(jī)械擊穿一般發(fā)生在彈性模量小且容易產(chǎn)生變形的聚合物固體電介質(zhì)中。當(dāng)電壓作用于電介質(zhì)時，正電極和負(fù)電極之間的靜電吸引力會對電極間的電介質(zhì)產(chǎn)生擠壓作用。若材料有大的彈性模量，擠壓力不會使材料產(chǎn)生明顯的變形；反之，材料會受壓變形，介質(zhì)厚度會變薄，此時，擠壓作用更強(qiáng)，直至電介質(zhì)失去耐壓能力和機(jī)械強(qiáng)度而發(fā)生擊穿。

      聚合物中還存在著一種預(yù)擊穿現(xiàn)象，即樹枝化現(xiàn)象。Rayner 在 1912 年對被閃電擊穿的非常厚的絕緣材料的橫截面觀察后，提出了電樹枝化現(xiàn)象。Budenstein緊接著提出與電樹枝化有關(guān)的固體電介質(zhì)的擊穿模型。在 20 世紀(jì) 70 年代中期，Bahder 在文獻(xiàn)中提出水樹枝化的概念?？偟膩碚f，在聚合物中存在著兩大類樹枝：電樹枝和水樹枝。二者的引發(fā)機(jī)理不同，電樹枝僅由電場引起，而水樹枝可以由電場和水及其他化學(xué)作用等因素共同引起。通過掃描電子顯微鏡觀察與電樹枝增長方向垂直的樹枝截面，發(fā)現(xiàn)存在的空隙。水樹枝似乎是由很細(xì)微的纖維狀通道構(gòu)成，水分在電壓作用下穿透進(jìn)去時，可以觀察到溝道，但當(dāng)去掉電壓和水源之后，水樹枝通道逐漸消失不見，在電鏡下觀察水樹枝的截面并未發(fā)現(xiàn)空心通道。電樹枝和水樹枝的本質(zhì)區(qū)別在于是否擁有空心溝道。 

      由于聚合物本身大分子結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，再加上結(jié)晶和極性因素的復(fù)合干擾，使得對聚合物的研究十分困難，聚合物電擊穿過程存在著很多未知因素。在前人實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上逐步摸索，解出未知的內(nèi)部原因。 

       半結(jié)晶聚合物有結(jié)晶和無定型兩個區(qū)域，聚合物的擊穿場強(qiáng)受到結(jié)晶區(qū)微結(jié)構(gòu)和結(jié)晶度的影響。以聚乙烯為例(見圖 2-4)，溫度低于 80℃，擊穿場強(qiáng)隨著結(jié)晶度的降低而增加。根據(jù)修正的 Froholich 無定型擊穿理論，由于結(jié)晶度的減小，結(jié)晶界面增加，使電子淺陷阱的能級幅值增加，導(dǎo)致?lián)舸﹫鰪?qiáng)的升高。高于 80℃，結(jié)論反轉(zhuǎn)，結(jié)晶度高的擊穿場強(qiáng)反而下降，這與電-機(jī)械擊穿有關(guān)

      聚合物的物理性能和電性能均隨溫度變化，聚合物的耐壓強(qiáng)度有溫度依賴性。 大致可以分為兩個區(qū)域：低溫區(qū)擊穿電壓隨溫度增加而增加，變化趨勢緩慢；高溫區(qū)擊穿電壓隨溫度增加而降低。 

     聚合物的擊穿特性同普通介電材料不同，聚合物的擊穿特性可以歸納為以下幾點(diǎn)：聚合物的最大擊穿場強(qiáng)出現(xiàn)在低溫區(qū)；室溫附近聚合物擊穿場強(qiáng)值為1-10MV/m，普遍高于離子晶體(0.3-2MV/m)；在玻璃轉(zhuǎn)變溫度附近，熱塑性聚合物的擊穿場強(qiáng)急劇下降。 

     聚合物電介質(zhì)的擊穿場強(qiáng)是由本身的擊穿屬性決定的，另外還與其他因素有關(guān)。掃描電子顯微鏡圖片顯示球體尺寸小會對擊穿電壓的提高有幫助。減小球體的尺寸，能降低空氣和水的滲透率。聚合物的分子結(jié)構(gòu)、分子量、退火工藝、機(jī)械拉伸、添加成核劑均對材料形成的球體尺寸都有關(guān)系。當(dāng)介質(zhì)厚度極薄時(μm 量級)，越薄擊穿場強(qiáng)會越大，這就是“薄層強(qiáng)化”效應(yīng)。若介質(zhì)厚度較厚(mm 量級甚至更大)，擊穿場強(qiáng)與厚度成正比關(guān)系。