[發(fā)明專利]具有非線性電流-電壓特性的組合物

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201180041206.3
• 申請日: 2011-08-10
• 公開（公告）號: CN103080237A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 迪潘克爾·高希;肯頓·D·布德;納納亞克拉·L·D·索馬希里;蔣鴿;布雷德利·L·吉沃特
• 申請（專利權(quán)）人: 3M創(chuàng)新有限公司
• 主分類號: C08L101/12
• 分類號: C08L101/12;C08L83/00;C08L63/00;C08L23/16;C08K3/10
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 朱勝;陳煒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及具有非線性電流-電壓特性的組合物及其制成的制品。

背景技術(shù)

根據(jù)流過裝置的電流或者裝置上的電壓，變阻器（即，壓敏電阻）顯示出不同的阻抗。變阻器材料的性質(zhì)使得它們有利于用作電應(yīng)力控制裝置和電涌放電器，即電涌保護(hù)裝置等。

例如，在端接或連接屏蔽電纜時，電應(yīng)力控制裝置用來容納并管理電應(yīng)力。絕緣屏蔽從電纜中移除后，電場會集中在中斷點(diǎn)處，導(dǎo)致電應(yīng)力較高。接線端或連接電纜的此類應(yīng)用需要電應(yīng)力控制。

電涌保護(hù)裝置防御由電磁效應(yīng)生成的電涌，例如，由多種效應(yīng)造成的閃電或靜電放電。因此，電涌保護(hù)可以應(yīng)用在電源輸入處，以便應(yīng)對操作設(shè)備外部的市電電源上的干擾或者內(nèi)部生成的過電壓。電涌保護(hù)器可以通過濾波來減弱瞬變現(xiàn)象，或者轉(zhuǎn)移瞬變現(xiàn)象，以防止損壞負(fù)載。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一方面提供一種組合物，所述組合物包括：聚合物材料；以及煅燒的鈦酸鈣銅填充材料；其中所述組合物具有可逆的非線性電流-電壓特性。所述組合物可制成適用于電應(yīng)力控制裝置和電涌放電器裝置的材料。

本發(fā)明的另一方面提供一種方法，所述方法包括：提供已在約1100℃或更高溫度下煅燒的鈦酸鈣銅粒子，將所述粒子與聚合物材料相結(jié)合以形成組合物，以及將所述組合物形成為制品。

本發(fā)明中所用的“可逆的非線性電流-電壓特性”是指在低于不可逆的擊穿場（breakdown?field）的電場中，組合物的電流-電壓（I-V）行為。電流-電壓行為有時也稱為傳導(dǎo)性與電場行為。

本發(fā)明的至少一個實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于，提供了一種具有較高介電常數(shù)和非線性電流電壓特性的聚合物組合物和材料。

本發(fā)明的至少一個實(shí)施例的另一個優(yōu)點(diǎn)在于，變阻器組合物的非線性系數(shù)較高，與當(dāng)前已知的變阻器組合物相比，這允許它們在窄得多的電壓范圍內(nèi)傳遞大量變化的電流。

本發(fā)明的至少一個實(shí)施例的又一個優(yōu)點(diǎn)在于，所述變阻器組合物具有折射（較高介電常數(shù)）和電阻（較高的非線性IV特性）兩種電場應(yīng)力控制。

本發(fā)明的上述發(fā)明內(nèi)容并不意圖描述本發(fā)明的每個公開的實(shí)施例或每種實(shí)施方式。以下附圖和具體實(shí)施方式更具體地舉例說明了示例性實(shí)施例。

附圖說明

圖1示出了第一比較材料的線性電流-電壓特性。

圖2示出了第二比較材料的線性電流-電壓特性。

圖3示出了本發(fā)明的一項(xiàng)實(shí)施例的非線性電流-電壓特性。

圖4示出了本發(fā)明的一項(xiàng)實(shí)施例的可逆的非線性電流-電壓特性。

圖5示出了本發(fā)明的一項(xiàng)實(shí)施例的可逆的非線性電流-電壓特性。

圖6a示出了本發(fā)明的一項(xiàng)實(shí)施例在約50℃到約200℃的溫度范圍內(nèi)的介電常數(shù)。

圖6b示出了本發(fā)明的一項(xiàng)實(shí)施例在約50℃到約200℃的溫度范圍內(nèi)的損耗角正切。

具體實(shí)施方式

在以下說明中，參考形成本說明的一部分的附圖，并且其中以圖示方式示出了若干具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的范圍或精神的前提下，可以設(shè)想出其他實(shí)施例并進(jìn)行實(shí)施。因此，以下的具體實(shí)施方式不具有限制性意義。

除非另外指明，否則本說明書和權(quán)利要求中使用的表示特征尺寸、數(shù)量和物理特性的所有數(shù)字均應(yīng)該理解為在所有情況下均是由術(shù)語“約”來修飾的。因此，除非有相反的說明，否則上述說明書和所附權(quán)利要求書中列出的數(shù)值參數(shù)均是近似值，根據(jù)本領(lǐng)域的技術(shù)人員利用本文所公開的教導(dǎo)內(nèi)容尋求獲得的所需特性，這些近似值可以變化。通過端值表示的數(shù)值范圍包括該范圍內(nèi)的所有數(shù)字（如，1到5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5）以及該范圍內(nèi)的任何范圍。

在某些方面，本發(fā)明涉及電應(yīng)力控制，具體地講，涉及一種用于實(shí)現(xiàn)電應(yīng)力控制的物質(zhì)組合物。所述組合物可用于電力電纜的接線端和連接器。在其他方面，本發(fā)明涉及電涌阻止，具體地講，涉及一種用于實(shí)現(xiàn)電涌阻止的物質(zhì)組合物。

包括電纜在內(nèi)的電氣設(shè)備以約10kV和以上的中壓或高壓操作，會受到一定的電應(yīng)力，而這些電應(yīng)力可能無法由基本上僅電絕緣的材料加以充分控制。已知，應(yīng)力控制材料尤其適用于此類應(yīng)用。此類材料可分類成“線性”或“非線性”。線性應(yīng)力控制材料遵循歐姆定律（Ohm's?law）：

I=kV

其中

I=電流

V=電壓，以及

k為常數(shù)。

非線性材料遵循以下方程式的一般形式：

I=kV^γ

其中γ（伽馬）為大于1的常數(shù)，它的值根據(jù)材料而定。