为响应“碳达峰、碳中和”的战略目标，我国电力系统将持续朝向以新能源为主的新型电力系统发展蜕变。发展大容量、远距离的输电技术是实现我国清洁能源电力资源优化配置的重要基础，是支撑电力系统安全、高效、经济运行的重要手段。这就对变压器、能源路由器、输电廊道等关键电力装备的服役电压等级、运行稳定性等方面，也提出了更高需求。开发适用于新能源电力系统关键电力设备的高性能新型电工材料，成为推进电力系统全面升级的关键。

律方成教授课题组针对间位芳纶绝缘纸国产化与高性能化的难题，对掺杂改性的间位芳纶纸构效关系机理进行深入分析，揭示了无机填料对间位芳纶复合绝缘纸绝缘及导热性能的提升机制，选择了具有高导热高绝缘性能的氮化铝作为填料，在对其进行抗水解改性的基础上，设计出了绝缘及导热性能协同提升的间位芳纶复合纸（如图1所示）。在此基础上进一步通过界面工程设计方法，对填料和基体间的缺陷进行修复，并利用分子动力学模拟结合实验筛选的手段，遴选出最优的界面改性配方，据此设计出的复合绝缘纸在绝缘性能、导热性能、力学性能等方面，相较于纯间位芳纶纸均具有显著优势，在30wt%的填料含量下，击穿强度和热导率相较于纯间位芳纶纸分别提升了16.7%和167.4%，并通过其表面电荷的消散反演了复合纸的陷阱特性，深入揭示了界面对复合纸性能的影响机理。本研究在揭示间位芳纶复合材料构效关系的基础上，研究了复合材料绝缘及导热性能的提升机制（如图2所示），实现了间位芳纶纸绝缘性能和导热性能的协同提升，相关成果对间位芳纶纸国产化与高性能化的推进提供了重要的理论依据。

图1 AlN抗水解改性机理及复合纸性能提升

图2 间位芳纶复合纸界面调控机制及其性能提升

该研究工作相关成果《Effect of anti-hydrolysis AlN microspheres on the electrical insulation and thermal conductivity of PMIA paper》以及《High thermal conductivity insulating AlN/Poly(m-phenylenedicarbonyl-m-phenylenediamine) paper realized by enhanced compatibility: a selection of appropriate coupling agent》分别发表在SCI期刊IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation和Journal of Physics D: Applied Physics上，论文唯一通讯单位均是新能源电力系统全国重点实验室。

Reference：

[1]F Lü, R Yang, H Ruan, S Wang and X Yu, Effect of anti-hydrolysis AlN microspheres on the electrical insulation and thermal conductivity of PMIA paper,IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, doi: 10.1109/TDEI.2023.3243194.

[2] R Yang, H Ruan, S Fan, K Sun, S Wang, X Yu and F Lü, High thermal conductivity insulating AlN/Poly(m-phenylenedicarbonyl-m-phenylenediamine) paper realized by enhanced compatibility: a selection of appropriate coupling agent, Journal of Physics D: Applied Physics, doi:10.1088/1361-6463/acea2f.

初审：李何筱

复审：张洪

审核：彭跃辉