[發明專利]等離子體射流沉積薄膜裝置及淺化表面陷阱能級的方法

在審

• 申請號: 201711407492.6
• 申請日: 2017-12-22
• 公開（公告）號: CN108130524A
• 公開（公告）日: 2018-06-08
• 發明（設計）人: 邵濤;馬翊洋;章程;孔飛;高遠
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: C23C16/513
• 分類號: C23C16/513;C23C16/52;C23C16/40
• 代理公司: 北京君泊知識產權代理有限公司 11496
• 代理人: 王程遠;胡玉章

本發明公開了一種等離子體射流沉積薄膜裝置及淺化表面陷阱能級的方法，該裝置包括：等離子體射流陣列，其置于鋼化玻璃腔內，且等離子體射流陣列包括石英管、中空金屬毛細管、銅箔和三維移動平臺；中空金屬毛細管穿插于石英管中，且中空金屬毛細管外壁與石英管內壁不接觸；銅箔，其設于石英管底部，用于接地；三維移動平臺設于石英管的正下方，調控樣品的移動；鼓泡瓶，其一端與第一氣瓶連接，鼓泡瓶另一端與中空金屬毛細管上管口連接；第二氣瓶，其與中空金屬毛細管上管口連接；電源，其與中空金屬毛細管連接。

技術領域

本發明涉及電化學領域，具體而言，涉及一種等離子體射流沉積薄膜裝置及淺化表面陷阱能級的方法。

背景技術

環氧樹脂種類繁多且發展迅速，通過添加不同種類的固化劑、增韌劑、無機填料等可有效改善其絕緣性能，固化后的環氧樹脂憑借其良好的介電性能、機械性能和密封性能等，被廣泛的應用于電力電子器件與大容量直流輸電系統中，已成為電氣領域不可或缺的絕緣材料。處于高場強下的金屬導體/絕緣介質/氣體三接觸面處易形成層錯、位錯等晶格缺陷，被深陷阱捕獲的載流子較難脫陷，逐漸積聚的表面電荷消散很慢，造成的電場畸變可能引發絕緣事故。現有研究表明，通過適當地淺化表面陷阱能級，降低深陷阱密度，可有效防止絕緣子表面帶電，改善電場分布。

現有的技術大多采用氟化處理、伽馬線輻射、離子注入、磁控濺射等方式來提高絕緣材料的電學性能。公開號為CN 102680559A的專利提供了一種絕緣子RTV涂層老化的判斷方法。首先對絕緣子RTV涂層進行取樣得到試片，然后對試片進行熱刺激電流TSC試驗，把試驗得到的TSC曲線計算試片的陷阱電荷量和陷阱能級作為特征量，對老化程度進行量化，但陷阱分布會受到大范圍溫度調控的影響，產生一定的變化。公開號為CN 105913984A的專利涉及一種利用輝光放電氟化處理盆式絕緣子表面的裝置和方法。絕緣子經清潔和烘干處理后，放入真空密封腔體內，通入低氣壓的SF₆氣體后再進行輝光放電，因其放電電流小，電壓幅值低，絕緣子不會受到損傷，但該方法需要在真空條件下進行，處理時間長達1～10h。公開號為CN 106132056A的專利公開了一種射流裝置抑制環氧樹脂表面電荷積聚的方法，以TEOS為反應前驅物，在環氧樹脂表面沉積SiO_x薄膜，發現可以引入淺陷阱，有效提高表面電導率，加快了電荷消散。但進一步研究表明，沉積的SiO_x薄膜具有親水性，在空氣中放置易吸水，Si-OH等極性基團很易發生縮合，從而使淺陷阱能級消失，會嚴重影響其抑制表面電荷積聚的效果。公開號為CN 105568229A和CN 104959159A的專利各提出一種摻氮TiO₂薄膜的制備方法。前者采用電子束蒸發法制得二氧化鈦薄膜，再通過摻有氮氣的退火爐中退火，對溫度要求高且處理時間長。后者則是將含鈦基材置于雙氧水溶液中，在加熱條件下引入硝酸制備二氧化鈦薄膜，鈦片需要經過金相砂紙打磨、物理與化學方法拋光等處理，過程繁瑣。公開號為CN 104446650A的專利涉及一種提高聚合物和氧化鋁陶瓷真空沿面閃絡特性的方法。通過在絕緣材料表面注入N離子與C離子，使表面粗糙度、疏水性、電導率與表面結構均發生變化，聚合物表面發生分子鏈斷鏈、交聯和石墨化，形成了致密的交聯層，可阻礙電荷的注入，提高擊穿場強，并填充表面勢能陷阱，降低俘獲電荷量，但離子注入耗能較大，且需要昂貴的高真空設備。

發明內容

為解決上述問題，本發明的目的在于提供一種等離子體射流沉積薄膜裝置及淺化表面陷阱能級的方法，在環氧樹脂復合材料表面沉積均勻致密的類TiO₂薄膜，達到淺化表面陷阱能級、降低深陷阱密度的目的，有效降低了表面初始電荷密度，改善了電學性能。

本發明提供了一種等離子體射流沉積薄膜裝置，該裝置包括：

等離子體射流陣列，其置于鋼化玻璃腔內，且所述等離子體射流陣列包括石英管、中空金屬毛細管、銅箔和三維移動平臺；

所述中空金屬毛細管穿插于所述石英管中，且所述中空金屬毛細管外壁與所述石英管內壁不接觸，所述中空金屬毛細管下管口位于所述石英管下管口的上方；