本发明属于材料领域，具体涉及一种可自适应调控电导及介电的氧化锌复合绝缘材料及其制备方法。
背景技术：
在高压、超高压乃至特高压交直流输变电系统（简称为高压输变电系统）中，系统电压等级越高，绝缘问题的重要性和困难度均越加显著。高压输变电系统中的绝缘设备或部件，其自身所承受的电场分布往往极不均匀，例如电缆终端的绝缘部分、各种绝缘子的高压端部分等，所承受的电场强度远远超出整体电场强度的平均值，甚至达到平均值的数倍，由此带来了一系列设计、制造方面的不利影响。因此，合理改善绝缘设备或部件整体电场分布的均匀程度，缓和局部的高电场强度，可以降低高压（特别是特高压）设备设计、制造的技术难度，降低电力设备造价，并提高设备长期运行的安全可靠性。
改善电场分布的传统方法主要包括：通过改变电极形状、在绝缘介质内嵌入金属起到内屏蔽作用、在绝缘介质内部加多层平行电容极板、在绝缘介质表面或外围布置均压环作为中间电极、安装并联均压电容等改善绝缘设备或部件整体电场分布均匀程度。这些法主要从电极的几何结构与分布的优化这一方面入手改善电场分布，但其对设备前期设计以及生产制造的要求很高，增加了物料与生产过程中的成本，并且均匀场强的实际效果也十分有限。但如果能够从绝缘材料自身的介电特性入手使其具备均匀场强的功能，则能够克服上述问题并且达到更理想的均匀场强的效果。
作者谢竟成等人在《超导yba2cu3o7+δ/硅橡胶复合材料的压敏与介电特性》一文中，采用yba2cu3o7+δ(简称ybco)多晶陶瓷超导粉末与硅橡胶按不同质量比进行配料，经过特殊的制备工艺，合成不同含量的超导ybco/硅橡胶高分子复合材料。结果表明，该复合材料在不同应力作用下，电阻值的变化范围在1-4个数量级，但是无法改善电场分布不均的问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种改善电场分布的可自适应调控电导及介电的氧化锌复合绝缘材料及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种可自适应调控电导及介电的氧化锌复合绝缘材料，其特征在于，首先以铋、锰、钴、铌掺杂氧化锌得到非线性介电特性的氧化锌粉体颗粒；再在其表面原位聚合聚酰亚胺，赋予氧化锌粉体颗粒非线性电导特性；最后以此填充硅橡胶，制得一种可自适应调控电导及介电的氧化锌复合绝缘材料。
所述的可自适应调控电导及介电的氧化锌复合绝缘材料，其特征在于，其由如下重量份的原料制备而成：氧化锌20-25份、氧化铋0.5-1份、二氧化锰2-3份、四氧化三钴0.6-0.8份、五氧化二铌0.5-0.7份、二氧化硅3-4份、氧化铝10-12份、n-甲基吡咯烷酮180-200份、二甲基二苯甲烷二胺20-25份、4,4′-二氨基二苯醚30-35份、1,4,5,8-萘四甲酸二酐25-30份、氯醇橡胶100-120份、甲基乙烯基硅橡胶450-500份。
所述的可自适应调控电导及介电的氧化锌复合绝缘材料，其特征在于，其由如下步骤制备而成：
（1）将氧化锌、氧化铋、二氧化锰、四氧化三钴、五氧化二铌、二氧化硅和氧化铝湿法球磨混合均匀，将混合好的溶浆通过喷雾造粒机喷雾成型，并对所得粉料过120-150目筛；将过筛后的粉料置于管式炉中煅烧，以20-30℃/min的速率升温至1300-1400℃，并恒温煅烧5-6h，并冷却至室温；将煅烧后的粉料碾碎，球磨，过220-250目筛，得到非线性介电特性的氧化锌粉体颗粒；
（2）将反应容器置于冰水浴中，将步骤（1）的产物置于反应容器中，加入n-甲基吡咯烷酮，超声震荡50-60min，形成稳定的悬浮液，通氮气保护，加入二甲基二苯甲烷二胺和4,4′-二氨基二苯醚，剧烈搅拌2-3h，分三次，每隔0.5h，加入1,4,5,8-萘四甲酸二酐，加完后继续搅拌5-6h；
（3）将步骤（2）的产物、氯醇橡胶、甲基乙烯基硅橡胶混合均匀后，倒入具有10-12mm直径圆孔的铁板模具中，置于真空干燥箱中真空抽取气泡30-40min，然后置于热压机上在15-20mpa、150-180℃下，加热硫化2-3h，得到可自适应调控电导及介电的氧化锌复合绝缘材料。
所述的可自适应调控电导及介电的氧化锌复合绝缘材料，其特征在于，所述的甲基乙烯基硅橡胶的分子量为50-70万。
采用上述的技术方案，本发明的有益效果为：
本发明以铋、锰、钴、铌掺杂氧化锌得到非线性介电特性的氧化锌粉体颗粒，铋、锰、钴、铌掺杂氧化锌使得氧化锌晶粒之间形成了具有非线性压敏电导和介电特性的晶界，使得氧化锌粉体颗粒整体具备良好的非线性介电性能。本发明再在氧化锌粉体颗粒表面，原位聚合非线性导电聚合物聚酰亚胺，得到同时拥有非线性电导和非线性介电特性的氧化锌-聚酰亚胺颗粒；氧化锌表面的聚酰亚胺也使得氧化锌粉体颗粒与硅橡胶的相容性增加。本发明以硅橡胶为绝缘材料的基底材料，以同时具有非线性电导和非线性介电特性的氧化锌-聚酰亚胺颗粒填充，制得复合绝缘材料，有助于更有效、广泛地解决高电压等级电力系统绝缘设备或部件电场分布不均匀的难题；对于交流系统中，由外加电压导致的不均匀电场，能以非线性介电特性为主导因素改善电场分布，同时复合材料具有的非线性电导特性也能消散积累的空间电荷，避免因其导致的局部电场集中。对于直流系统，在正常工况下由复合材料的非线性电导特性主导改善外部电压以及空间电荷导致的不均匀电场，在各种暂态电场作用下则可以发挥非线性介电特性的作用。
具体实施方式
本实施例的可自适应调控电导及介电的氧化锌复合绝缘材料，其由如下重量份的原料制备而成：氧化锌25份、氧化铋1份、二氧化锰3份、四氧化三钴0.8份、五氧化二铌0.7份、二氧化硅4份、氧化铝12份、n-甲基吡咯烷酮200份、二甲基二苯甲烷二胺25份、4,4′-二氨基二苯醚35份、1,4,5,8-萘四甲酸二酐30份、氯醇橡胶120份、甲基乙烯基硅橡胶500份。
本实施例的可自适应调控电导及介电的氧化锌复合绝缘材料，其由如下步骤制备而成：
（1）将氧化锌、氧化铋、二氧化锰、四氧化三钴、五氧化二铌、二氧化硅和氧化铝湿法球磨混合均匀，将混合好的溶浆通过喷雾造粒机喷雾成型，并对所得粉料过150目筛；将过筛后的粉料置于管式炉中煅烧，以30℃/min的速率升温至1400℃，并恒温煅烧5h，并冷却至室温；将煅烧后的粉料碾碎，球磨，过250目筛，得到非线性介电特性的氧化锌粉体颗粒；
（2）将反应容器置于冰水浴中，将步骤（1）的产物置于反应容器中，加入n-甲基吡咯烷酮，超声震荡60min，形成稳定的悬浮液，通氮气保护，加入二甲基二苯甲烷二胺和4,4′-二氨基二苯醚，剧烈搅拌3h，分三次，每隔0.5h，加入1,4,5,8-萘四甲酸二酐，加完后继续搅拌6h；
（3）将步骤（2）的产物、氯醇橡胶、甲基乙烯基硅橡胶混合均匀后，倒入具有12mm直径圆孔的铁板模具中，置于真空干燥箱中真空抽取气泡40min，然后置于热压机上在20mpa、180℃下，加热硫化3h，得到可自适应调控电导及介电的氧化锌复合绝缘材料。