Self-healing of electrical damage in polymers using superparamagnetic nanoparticles

材料科学 电植树 纳米颗粒 复合材料 电介质 聚合物 电阻率和电导率 纳米技术 超顺磁性 电压 光电子学 局部放电 电气工程 磁场 磁化 物理 工程类 量子力学
作者
Yang Yang,Jinliang He,Qi Li,Lei Gao,Jun Hu,Rong Zeng,Jian Qin,Shan X. Wang,Qing Wang
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Nature Portfolio]
卷期号:14 (2): 151-155 被引量:205
标识
DOI:10.1038/s41565-018-0327-4
摘要

High-voltage power transmission in electrical grids requires reliable and durable dielectric polymers for wire insulation1,2. Electrical treeing caused by high, local electric fields is a damaging process that leads to structure degradation and electrical conduction of dielectric materials, and ultimately, to catastrophic failure of the devices3-5. Here, we demonstrate that the addition of less than 0.1 volume per cent of superparamagnetic nanoparticles into a thermoplastic polymer enables the repair of regions damaged by electrical treeing and the restoration of the insulating properties. Under the application of an oscillating magnetic field, the embedded nanoparticles migrate to the electrical trees and generate a higher local temperature, which heals the electrical tree channels in the polymer. Our method allows us to regenerate the dielectric strength and electrical resistivity over multiple cycles of tree formation and healing, which could be used to increase the lifespan and sustainability of power cables for electronics and energy applications.
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