Improving Charge Storage of Biaxially‐Oriented Polypropylene under Extreme Electric Fields by Excimer UV Irradiation

材料科学 聚丙烯 辐照 电容器 空间电荷 准分子 复合材料 光电子学 电场 聚合物 脉冲功率 准分子激光器 纳米技术 电压 电子 激光器 电气工程 光学 物理 量子力学 核物理学 工程类
作者
Bangdou Huang,Jiachuan Yu,Jie Dong,Zhou Ying,Lei Zhai,Liguang Dou,Chao Wu,Xidong Liang,Cheng Zhang,Kostya Ostrikov,Tao Shao
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (52): e2311713-e2311713 被引量:70
标识
DOI:10.1002/adma.202311713
摘要

Biaxially-oriented polypropylene (BOPP) is one of the most commonly used materials for film-based capacitors for power electronics and pulsed power systems. To address the pressing issue of performance-limiting loss under extreme electric-fields, here a one-step, high-throughput, and environment-friendly process based on very low-dose ultra-violet irradiation from KrCl (222 nm) and Xe2 (172 nm) excimer is demonstrated. The performance of commercial BOPP is boosted in terms of withstanding electric-field extremes (Weibull breakdown strength 694 to 811 V µm-1 by 17% at 25 °C and 428 to 651 V µm-1 by 52% at 120 °C), discharged energy density, and conduction losses. Importantly, the depth profile of space charge is precisely measured in situ with a high resolution of 500 nm by laser induced pressure pulse. Consequently, the space charge effect and electric-field distortion are reduced and related to the improved polymer films. It is demonstrated that energetic UV photons act as scissors for BOPP chains and dissociate oxygen molecules leading to the more thermally stable oxygen-containing structures, as deep traps to impede charge migration. This work provides a promising approach to produce polymers with customized microscopic characteristics that is compatible with the assembly lines of polymer-based capacitors.
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