智能電網(wǎng)一直是電力系統(tǒng)發(fā)展的主路線，實(shí)時(shí)感知電力設(shè)備絕緣介質(zhì)狀態(tài)是建設(shè)智能電網(wǎng)的基本要求之一。電力設(shè)備多參量、智能化的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是智能電網(wǎng)的核心，在電力物聯(lián)網(wǎng)和堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的建設(shè)中發(fā)揮了重要的作用。除開(kāi)發(fā)強(qiáng)大的電力設(shè)備外在感知系統(tǒng)外，以電場(chǎng)自適應(yīng)絕緣材料、可逆熱致變色絕緣材料、自修復(fù)絕緣材料等為代表的智能材料成為智能感知電力設(shè)備絕緣狀態(tài)的重要方式，吸引了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。

高分子聚合物由于其優(yōu)異的耐電性能、力學(xué)性能廣泛應(yīng)用于電力設(shè)備的絕緣體系中。然而絕緣材料在服役期間由于內(nèi)外電、機(jī)械應(yīng)力的作用，將形成不同程度的缺陷或損傷，理想的自修復(fù)材料能主動(dòng)識(shí)別這些損傷并進(jìn)行自我修復(fù)。自修復(fù)概念自從被提出后，在混凝土、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

作為一種新型智能材料，自修復(fù)材料包括能依靠材料本體結(jié)構(gòu)的主動(dòng)型修復(fù)體系和需要光、熱等激勵(lì)的非主動(dòng)型體系。目前，針對(duì)機(jī)械損傷的自修復(fù)材料得到了廣泛研究，尤其對(duì)于抗拉強(qiáng)度，自修復(fù)材料顯示出了優(yōu)異的修復(fù)效果，而針對(duì)絕緣材料的介電性能修復(fù)的文章報(bào)道較少。

本文歸納總結(jié)了電力設(shè)備絕緣材料不同的損傷形式及材料基體的自修復(fù)方法，在此基礎(chǔ)上指出了當(dāng)前電氣絕緣領(lǐng)域自修復(fù)材料研發(fā)過(guò)程中所需要關(guān)注的問(wèn)題，旨在為讀者提供開(kāi)發(fā)智能自修復(fù)絕緣材料的研究思路。

1 絕緣材料損傷類型

絕緣材料在生產(chǎn)及服役過(guò)程中會(huì)承受內(nèi)外各種應(yīng)力的作用，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)材料自身承受能力時(shí)，便會(huì)形成一系列損傷。按照形成原因可分為材料本體缺陷、機(jī)械損傷以及電氣損傷，同時(shí)根據(jù)損傷的尺度又可分為納米尺度損傷、毫米尺度損傷及微米尺度損傷。

1.1 材料本體缺陷

材料本體缺陷主要包括材料在生產(chǎn)加工和使用過(guò)程中產(chǎn)生的缺陷。以聚合物基絕緣電介質(zhì)為例，

一方面，聚合物絕緣材料在共混擠出、注塑成型等工藝過(guò)程中不可避免地引入氣泡、固體顆粒等雜質(zhì)。電力設(shè)備運(yùn)行時(shí)，雜質(zhì)將在材料中造成局部電場(chǎng)集中，對(duì)材料絕緣性能形成一定的威脅。同時(shí)，以提高機(jī)械強(qiáng)度為主要目的的交聯(lián)過(guò)程中產(chǎn)生的交聯(lián)副產(chǎn)物、交聯(lián)不完全產(chǎn)生的不飽和鍵及原料氧化過(guò)程中產(chǎn)生的羰基等不飽和基團(tuán)將在材料中形成分子級(jí)別的缺陷，進(jìn)而在強(qiáng)電場(chǎng)下發(fā)生弱點(diǎn)擊穿。

另一方面，電力設(shè)備在長(zhǎng)期服役過(guò)程中，絕緣材料由于受到氧化降解或潮濕環(huán)境的影響，可形成極性基團(tuán)、游離小分子、分子鏈重排，也會(huì)產(chǎn)生系列缺陷。針對(duì)于材料的本體缺陷，通常通過(guò)改善加工工藝及加工環(huán)境減少其發(fā)生的可能性。

1.2 機(jī)械損傷

電力設(shè)備的高分子絕緣材料在安裝及服役過(guò)程中，受到自身內(nèi)部疲勞和外界應(yīng)力的作用，會(huì)形成不同種類的機(jī)械損傷，包括劃痕、擠壓、形變等形式，進(jìn)而破壞材料的本體結(jié)構(gòu)，造成相關(guān)性能的減弱。其本質(zhì)是施加到材料表面的機(jī)械能不能轉(zhuǎn)化成熱能等其他形式，只能通過(guò)宏觀表現(xiàn)出新的界面進(jìn)行耗散。電介質(zhì)承受的各種機(jī)械損傷若不經(jīng)處理，最終將引發(fā)嚴(yán)重的電氣擊穿，影響電力設(shè)備的使用壽命。

1.3 電氣損傷

用于電力設(shè)備的絕緣材料通常要承受巨大的電場(chǎng)強(qiáng)度，特別是隨著高壓、特高壓工程的建設(shè)，對(duì)電介質(zhì)絕緣耐壓強(qiáng)度提出了更高的要求。若電場(chǎng)強(qiáng)度在某瞬間超過(guò)了材料的耐電能力，將會(huì)產(chǎn)生一系列的電氣損傷，如局部放電、沿面閃絡(luò)、電氣擊穿等。此外，絕緣材料在長(zhǎng)期的服役過(guò)程中受到不同物理場(chǎng)的耦合作用形成電樹(shù)枝以及水樹(shù)枝等電老化現(xiàn)象。

電樹(shù)枝是發(fā)生在聚合物中的電致裂紋現(xiàn)象，分為電樹(shù)起始階段以及電樹(shù)生長(zhǎng)階段。電樹(shù)枝的引發(fā)通常是由污穢、雜質(zhì)造成的絕緣材料缺陷進(jìn)而致使電應(yīng)力集中，缺陷部分在外電場(chǎng)的作用下因形成大量的電子雪崩進(jìn)而發(fā)展成樹(shù)枝狀的放電通道。

電樹(shù)枝形成過(guò)程非常復(fù)雜，包括化學(xué)分解、氧化分解、電機(jī)械應(yīng)力引發(fā)的物理形變、電荷的注入與抽出、局部高溫高壓、局部放電和碰撞電離等多個(gè)過(guò)程。電樹(shù)枝作為電力設(shè)備絕緣材料一種常見(jiàn)的損傷形式，通常是不可逆的，一旦發(fā)生便會(huì)縮短設(shè)備的使用壽命，甚至不能運(yùn)行。

水樹(shù)枝則是指絕緣結(jié)構(gòu)在電、熱、機(jī)械、水分等因素共同影響下產(chǎn)生的樹(shù)枝狀放電通道的現(xiàn)象，其長(zhǎng)度處于微米至毫米尺度范圍。針對(duì)水樹(shù)枝的老化機(jī)理，更多研究學(xué)者認(rèn)為可以通過(guò)電致應(yīng)力理論對(duì)其進(jìn)行解釋，即絕緣材料內(nèi)部在電場(chǎng)的方向上排列有大量的微孔，當(dāng)水分滲透到材料的內(nèi)部時(shí)，在電場(chǎng)應(yīng)力的作用下水珠將沿電場(chǎng)方向發(fā)生球狀到橢球狀的轉(zhuǎn)變，進(jìn)而會(huì)對(duì)材料產(chǎn)生沿電場(chǎng)方向的擠壓力，最終形成微孔的互連互通，發(fā)展成水樹(shù)枝。

2 絕緣材料自修復(fù)方法

自修復(fù)強(qiáng)調(diào)材料在受到損傷后能夠通過(guò)材料自身恢復(fù)各項(xiàng)性能，這對(duì)電力設(shè)備絕緣體系具有重要意義。當(dāng)電力設(shè)備絕緣層發(fā)生機(jī)械、電氣等損傷時(shí)，通常難以在第一時(shí)間內(nèi)診斷其損傷點(diǎn)；即使被檢測(cè)出，某些設(shè)備的損傷由于隱秘性很難對(duì)其進(jìn)行修復(fù)，此時(shí)自修復(fù)材料將會(huì)發(fā)揮重要作用。

自修復(fù)材料通過(guò)分子間的物理相互作用、一定條件下的化學(xué)反應(yīng)或是物理-化學(xué)共同作用實(shí)現(xiàn)。聚合物材料的自修復(fù)遵循五階段修復(fù)理論，分別是表面分子重排、損傷表面相互接觸、潤(rùn)濕過(guò)程、擴(kuò)散過(guò)程以及分子鏈段隨機(jī)化過(guò)程。針對(duì)電力設(shè)備絕緣體系的特點(diǎn)，本文總結(jié)了如下的自修復(fù)方法。

2.1 主動(dòng)型自修復(fù)材料

主動(dòng)型修復(fù)材料體系是不需要借助外界環(huán)境的輔助作用，材料能主動(dòng)識(shí)別損傷位置并且進(jìn)行相應(yīng)性能的修復(fù)。

2.1.1 復(fù)合材料體系

復(fù)合材料通常會(huì)賦予基體材料特殊的功能，使其在某些環(huán)境中表現(xiàn)優(yōu)異。通過(guò)向絕緣材料中添加含有治愈劑的微膠囊或微脈管構(gòu)筑的外植型體系，或是均勻分布的微米、納米顆粒，將使材料獲得一定的自修復(fù)能力。

外植型體系是最早被提出的一種自修復(fù)方法，目前較為成熟的是微膠囊和微脈管兩種體系。外植型自修復(fù)材料是指將修復(fù)劑與催化劑共同植入材料基體中，當(dāng)材料因各種應(yīng)力形成破壞時(shí)，包裹在微膠囊或微脈管中的治愈劑或催化劑將被釋放，在缺口處發(fā)生固化反應(yīng)實(shí)現(xiàn)原位修復(fù)的過(guò)程。

圖1給出了兩種體系的自修復(fù)過(guò)程，圖1a為微膠囊被應(yīng)力刺破后釋放修復(fù)物質(zhì)A與材料基體中的B在傷口處發(fā)生固化反應(yīng)達(dá)到修復(fù)的目的；圖1b為材料受到大面積損傷后，存在微脈管中的修復(fù)物質(zhì)C與基體中的D反應(yīng)實(shí)現(xiàn)自修復(fù)的過(guò)程。

圖1外植型自修復(fù)材料自修復(fù)過(guò)程示意圖

微膠囊是由美國(guó)伊利諾伊大學(xué)的White課題組最早提出。S. R. White等制備了脲醛樹(shù)脂包裹液體雙環(huán)戊二烯（Dicyclopentadiene, DCPD）的微膠囊，然后將微膠囊與Grubbs' 催化劑同時(shí)埋植于環(huán)氧樹(shù)脂基體中，基體修復(fù)后與修復(fù)前相比，機(jī)械強(qiáng)度恢復(fù)了75%，具有較好的修復(fù)效果。

微膠囊本質(zhì)是一種殼核結(jié)構(gòu)的填料，是由化學(xué)穩(wěn)定性良好的物質(zhì)包裹治愈劑或者催化劑構(gòu)成，目前已知的修復(fù)體系包括單微膠囊體系、雙微膠囊體系等，見(jiàn)表1。單微膠囊體系是指基體中均勻分布的單一膠囊，包裹的可能是治愈劑也可能是催化劑；雙微膠囊體系則是指基體中均勻分布兩種類型的膠囊，通過(guò)雙微膠囊體系可以提高治愈劑與催化劑的化學(xué)穩(wěn)定性。

表1 不同類型微膠囊自修復(fù)體系

上述微膠囊體系主要針對(duì)機(jī)械性能的修復(fù)，而對(duì)于電氣絕緣性能的修復(fù)報(bào)道較少，主要以聚脲醛包裹DCPD微膠囊/Grubbs' 催化劑體系為主。國(guó)外的C. Lesaint等探究了該修復(fù)體系對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂基體中電樹(shù)枝的修復(fù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，微膠囊的存在不僅能通過(guò)微膠囊釋放的治愈劑進(jìn)行放電通道的修復(fù)，同時(shí)還能抑制電樹(shù)枝的發(fā)展。國(guó)內(nèi)重慶大學(xué)王友元等的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該體系同樣對(duì)熱塑性聚乙烯絕緣材料的電氣損傷和機(jī)械損傷有一定的修復(fù)能力。

微膠囊的修復(fù)效果取決于膠囊濃度、在材料中的分散程度、周圍環(huán)境的影響以及微膠囊各部分的材料的選擇。由于微膠囊包裹的愈合劑、催化劑有限。針對(duì)大面積的損傷，I. Bond等通過(guò)在材料基體中植入含有治愈劑的硼硅酸鹽中空纖維管實(shí)現(xiàn)材料的自修復(fù)，通過(guò)這種方式可實(shí)現(xiàn)97%的修復(fù)效率。S. R. White等進(jìn)一步提出了微脈管自修復(fù)聚合物體系，可以有效提高材料的修復(fù)面積。微脈管修復(fù)體系是指仿生人體血管組織，在材料基體中植入包含固化劑的纖維管，在應(yīng)力沖擊時(shí)可對(duì)大面損傷進(jìn)行有效修復(fù)。

微膠囊或微脈絡(luò)的治愈體系在材料機(jī)械性能的修復(fù)上顯示出良好的修復(fù)效果，同時(shí)對(duì)電樹(shù)枝等電氣損傷也有著一定的修復(fù)作用，但是微膠囊的引入會(huì)使得材料的耐電性降低，如何保證材料具有修復(fù)能力的同時(shí)又保持著良好的電絕緣性能值得進(jìn)一步研究。

值得注意的是，微納米粒子由于具有比表面積大、表面活性高和粒徑小的特點(diǎn)，會(huì)與聚合物基體發(fā)生較強(qiáng)的界面力作用，使得聚合物材料的機(jī)械性能、電氣絕緣性能得到極大的改善。已有實(shí)驗(yàn)證明，常見(jiàn)的微納米顆粒如SiO2、Al2O3、MgO等可以有效提高聚合物的耐電樹(shù)枝能力，其主要原因在于微納米顆粒對(duì)形成電樹(shù)枝通道的高能電子進(jìn)行散射，阻礙其傳播途徑。Wang Wenxuan等在利用微納米顆粒SiO2阻隔電樹(shù)枝發(fā)展的同時(shí)，在材料基體中引入氫鍵修復(fù)電樹(shù)枝通道的方法實(shí)現(xiàn)了環(huán)氧絕緣材料對(duì)電樹(shù)枝的自修復(fù)。

2.1.2 可逆化學(xué)鍵

化學(xué)鍵的可逆性是實(shí)現(xiàn)材料自修復(fù)的重要途徑，利用可逆化學(xué)鍵實(shí)現(xiàn)材料自修復(fù)功能通常包括兩種形式，一種是基于分子間的弱相互作用，主要是通過(guò)物理交聯(lián)形成的非共價(jià)鍵；另一種則是基于具有可逆反應(yīng)的共價(jià)鍵?；瘜W(xué)鍵的可逆性也被稱為動(dòng)態(tài)性，動(dòng)態(tài)性地實(shí)現(xiàn)主要依賴分子鏈的流動(dòng)。通過(guò)聚合物體系內(nèi)的動(dòng)態(tài)相互作用可以進(jìn)行多次解離和重建，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)聚合物基體的自修復(fù)性能。

常見(jiàn)的動(dòng)態(tài)非共價(jià)鍵包括氫鍵、π-π堆積、金屬配體絡(luò)合以及主客體相互作用等。動(dòng)態(tài)非共價(jià)鍵通常通過(guò)分子間相互作用以物理的形式在聚合物體系中構(gòu)筑超分子網(wǎng)絡(luò)體系，一方面增加材料的機(jī)械強(qiáng)度，另一方面通過(guò)價(jià)鍵的可逆性實(shí)現(xiàn)自修復(fù)性。氫鍵的相互作用在合成聚合物中起到非常重要的作用，其動(dòng)態(tài)可逆性有助于實(shí)現(xiàn)材料的自修復(fù)性能。

J. Kang等通過(guò)4,4’-亞甲基雙（苯基脲）（MPU單元）和異佛爾酮雙脲（UI單元）連接低聚物聚二甲基硅氧烷（PDMS），其中MPU連接單元提供了強(qiáng)的氫鍵，用于增強(qiáng)體系的機(jī)械強(qiáng)度；UI連接單元提供了較弱的氫鍵，可耗散施加到材料上的應(yīng)力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該材料可對(duì)劃痕等機(jī)械損傷進(jìn)行主動(dòng)自修復(fù)，且修復(fù)后的材料保持優(yōu)異的機(jī)械性能，文中同時(shí)表明，該材料可實(shí)現(xiàn)水下的自修復(fù)能力，這可能將為絕緣材料水樹(shù)枝的自修復(fù)提供思路。

Sun Haibin等利用氫鍵和離子鍵在硅氧烷介電彈性體中構(gòu)筑超分子體系，實(shí)現(xiàn)了其對(duì)機(jī)械損傷的自修復(fù)。分子結(jié)構(gòu)分析表明，超分子網(wǎng)絡(luò)體系中的氫鍵來(lái)源于COOH中的C=O鍵和OH鍵，而離子鍵主要由COO◆/NH3+貢獻(xiàn)。氫鍵和離子鍵都可以在溫度升高和降低的過(guò)程中進(jìn)行動(dòng)態(tài)變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，材料損傷后當(dāng)加熱溫度超過(guò)100℃時(shí)，部分氫鍵可以轉(zhuǎn)換成離子鍵進(jìn)而增加體系的強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)材料對(duì)于抗拉強(qiáng)度115%的自修復(fù)效率，并且此時(shí)的擊穿場(chǎng)強(qiáng)可達(dá)到17kV/mm。

針對(duì)電纜絕緣層，Peng Lei等通過(guò)構(gòu)筑主客體分子網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)聚氯乙烯絕緣的自修復(fù)。利用分子內(nèi)含有親脂性腔的環(huán)糊精作為主體，具有優(yōu)異親脂性的金剛烷作為宿體構(gòu)筑分子網(wǎng)絡(luò)體系。當(dāng)材料受到損傷時(shí)，金剛烷受到極性吸引力被卡在主體的空腔內(nèi)，實(shí)現(xiàn)自修復(fù)的效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，材料在室溫下2h便可修復(fù)斷裂傷口，其修復(fù)效率達(dá)到85%。

通過(guò)動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵實(shí)現(xiàn)自修復(fù)目標(biāo)主要是通過(guò)一定的化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，主要有動(dòng)態(tài)脲鍵、動(dòng)態(tài)二硫鍵、動(dòng)態(tài)亞胺鍵、動(dòng)態(tài)硼酸酯鍵等。Zhao Yaling等通過(guò)芳香族二硫化物提供的動(dòng)態(tài)二硫鍵，賦予了聚二甲基硅氧烷彈性體室溫下快速有效的自修復(fù)能力，該硅氧烷彈性體在室溫下表現(xiàn)出0.5MPa的拉伸應(yīng)力和超過(guò)1 000%的斷裂伸長(zhǎng)率，成為了可拉伸應(yīng)變傳感器等電力電子設(shè)備優(yōu)異的候選材料。Yang Zhipeng等通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了PDMS中引入亞胺鍵可以獲得室溫下的自修復(fù)性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，具有可逆亞胺鍵的硅氧烷受到機(jī)械損傷后室溫下24h固化后，可以實(shí)現(xiàn)95%的機(jī)械性能恢復(fù)。

2.2 刺激響應(yīng)型自修復(fù)材料

在材料發(fā)生不同程度損傷后，宏觀表現(xiàn)為新界面的形成，進(jìn)而導(dǎo)致材料電氣、機(jī)械性能的改變。絕緣材料受到電機(jī)械應(yīng)力的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生光、熱等不同的響應(yīng)。若將這些刺激合理利用對(duì)延長(zhǎng)電力設(shè)備使用壽命具有重要意義。

2.2.1 利用熱效應(yīng)

絕緣材料通常覆蓋于電力設(shè)備表面起到阻隔電流的作用，由于電流的熱效應(yīng)通常會(huì)使得絕緣材料形成溫升，尤其當(dāng)絕緣材料損傷時(shí)，會(huì)造成局部溫度過(guò)高，若能合理利用這部分能量，對(duì)實(shí)現(xiàn)材料自修復(fù)將有重大的意義。S. R. Zavada等通過(guò)圖2所示的裝置驗(yàn)證了部分交聯(lián)的乙烯-辛烯共聚物在導(dǎo)體加熱的環(huán)境下具有修復(fù)機(jī)械損傷的能力。

圖2 利用電流熱效應(yīng)進(jìn)行自修復(fù)裝置

DA（Diels-Alder）熱可逆反應(yīng)是一種利用熱效應(yīng)實(shí)現(xiàn)材料自修復(fù)的方法。其本質(zhì)是一種環(huán)加成反應(yīng)，以共軛二烯和親雙烯體反應(yīng)生成取代環(huán)己烯，通常是具有吸電子取代基的烯烴和炔烴與共軛二烯反應(yīng)生成環(huán)狀化合物。DA正反應(yīng)所形成的基團(tuán)具有熱不穩(wěn)定性質(zhì)，在較高溫度下可以進(jìn)行逆反應(yīng)，重新生成共軛二烯體和親雙烯體，因此DA反應(yīng)可被用于制備具有自修復(fù)性能的聚合物材料，常見(jiàn)的DA反應(yīng)體系見(jiàn)表2。

表2 常見(jiàn)的DA反應(yīng)體系

F. Wudl等最先將DA反應(yīng)應(yīng)用于自修復(fù)材料，目前，通過(guò)DA反應(yīng)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂、聚乙烯、聚氨酯、硅氧烷彈性體等聚合物的自修復(fù)。在電力電子設(shè)備中，為使得材料通電情況下形成熱效應(yīng)，材料基體中加入碳納米管將起到傳導(dǎo)電流，形成電流焦耳熱的作用，進(jìn)而可以利用電流刺激材料發(fā)生DA逆反應(yīng)實(shí)現(xiàn)材料的自修復(fù)。Pu Wuli等在聚氨酯中添加碳納米管，對(duì)其施加直流低電壓（小于40V），利用材料產(chǎn)生的焦耳熱促進(jìn)DA的逆反應(yīng)首次實(shí)現(xiàn)修復(fù)效率達(dá)到98%的效果。

利用DA熱可逆反應(yīng)自修復(fù)原理，構(gòu)筑無(wú)機(jī)/有機(jī)復(fù)合材料體系也是賦予材料自修復(fù)能力的重要途徑。T. Engel等通過(guò)DA熱可逆反應(yīng)制備納米SiO2/聚合物的微粒實(shí)現(xiàn)聚合物的自修復(fù)。S. Schafer等則利用具有不同玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的聚合物與表面官能化SiO2復(fù)合實(shí)現(xiàn)材料的自修復(fù)性能，并證明了材料的自修復(fù)能力與主鏈的運(yùn)動(dòng)性和伸縮性相關(guān)。Li Qiutong等用氨基化的多壁碳納米管和呋喃基團(tuán)對(duì)雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行擴(kuò)鏈，并與雙馬來(lái)酰胺發(fā)生DA反應(yīng)制備自修復(fù)材料，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該材料對(duì)抗拉強(qiáng)度的自修復(fù)效率可達(dá)到77%。

2.2.2 利用光效應(yīng)

除了利用熱觸發(fā)DA逆反應(yīng)，利用高能量的光輻射對(duì)材料損傷處進(jìn)行輻射時(shí)也可以引發(fā)DA逆反應(yīng)，Pu Wuli等利用近紅外光照射使聚氨酯材料的自修復(fù)效率達(dá)到97%。此外，清華大學(xué)Gao Lei等巧妙地利用電樹(shù)枝生長(zhǎng)過(guò)程中發(fā)出的紫外光催化植入微膠囊的治愈劑（雙酚A環(huán)氧丙烯酸酯+三羥甲基丙烷三丙烯酸酯+光催化劑）發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)自修復(fù)過(guò)程，并較為全面地表征了聚合物自修復(fù)后的電氣性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，放電通道的修復(fù)需要16h，且95%的放電通道得到修復(fù)。

2.2.3 利用電磁效應(yīng)

在自修復(fù)材料領(lǐng)域內(nèi)，微米、納米填料可以通過(guò)響應(yīng)外部刺激，定位受損區(qū)域并向其移動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)材料基體的自修復(fù)。清華大學(xué)何金良教授團(tuán)隊(duì)針對(duì)電力設(shè)備常用的熱塑性絕緣介質(zhì)，利用納米顆粒在聚合物中的熵耗散遷移行為，結(jié)合超順磁納米顆粒的磁熱效應(yīng)，首次實(shí)現(xiàn)高性能熱塑性固體絕緣介質(zhì)的電樹(shù)枝損傷靶向修復(fù)和電氣絕緣性能的修復(fù)。

其基本原理是在材料基體中添加低含量的表面功能化超順磁納米顆粒Fe2O3，納米顆粒在振蕩磁場(chǎng)下將遷移至損傷界面并產(chǎn)生局部高溫，使得熱塑性材料部分熔融達(dá)到修復(fù)效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法可以對(duì)納米級(jí)至毫米級(jí)尺度的裂紋、穿孔等多種形式的材料損傷進(jìn)行自修復(fù)，可以實(shí)現(xiàn)聚丙烯（Polypropylene, PP）、聚甲基丙烯酸甲酯（Poly- Methyl Methacrylate, PMMA）等多種典型熱塑性聚合物的損傷修復(fù)和力學(xué)、電導(dǎo)率等性能的恢復(fù)。

3 問(wèn)題與展望

自修復(fù)材料具有較大的工程實(shí)際應(yīng)用價(jià)值及環(huán)保意義，吸引了學(xué)者的廣泛關(guān)注。目前，針對(duì)材料機(jī)械性能的自修復(fù)已得到了廣泛的研究，但是關(guān)于電氣損傷修復(fù)，尤其是絕緣性能恢復(fù)的文章相對(duì)較少。針對(duì)絕緣材料的自修復(fù)主要存在的問(wèn)題有：

1）聚合物樹(shù)枝化的導(dǎo)電通道長(zhǎng)度是衡量材料絕緣損傷程度的重要標(biāo)準(zhǔn)之一，通道達(dá)到一定長(zhǎng)度時(shí)，便形成不可逆轉(zhuǎn)的結(jié)果。此外樹(shù)枝化放電發(fā)展到一定程度時(shí)，會(huì)在導(dǎo)電通道積聚大量的碳?xì)埼?，即聚合物降解形成的炭黑。如何減少聚合物發(fā)生電樹(shù)枝后的碳?xì)埩繉?duì)實(shí)現(xiàn)大體積絕緣材料電損傷的自修復(fù)具有重要意義。

2）針對(duì)于自修復(fù)材料性能恢復(fù)的程度沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)性能的表征手段也是多種多樣，包括抗拉強(qiáng)度測(cè)試、流變學(xué)測(cè)試、原子力顯微鏡觀察、拉曼光譜分析等。針對(duì)于電氣絕緣材料，除了關(guān)注機(jī)械性能的修復(fù)外，對(duì)包括擊穿場(chǎng)強(qiáng)、介電常數(shù)、介質(zhì)損耗以及絕緣電導(dǎo)等在內(nèi)的絕緣性能的修復(fù)效果表征尤為重要。

3）無(wú)論是機(jī)械損傷性能的恢復(fù)還是目前已有的電氣損傷性能的恢復(fù)，都只針對(duì)于實(shí)驗(yàn)室中較小塊材進(jìn)行的。實(shí)際工程應(yīng)用中，材料形成的損傷將更為復(fù)雜。如何及時(shí)有效地修復(fù)從納米級(jí)到毫米級(jí)的復(fù)合損傷需要進(jìn)行深入的研究。

4 結(jié)論

本文綜述了電力設(shè)備絕緣材料常見(jiàn)的損傷形式及其自修復(fù)方法。根據(jù)電氣絕緣材料的特點(diǎn)，將修復(fù)方法歸類為主動(dòng)型修復(fù)體系和響應(yīng)刺激型自修復(fù)材料。針對(duì)于目前自修復(fù)材料研究進(jìn)展，指出了亟需解決的相應(yīng)問(wèn)題，期望自修復(fù)絕緣材料在智能電網(wǎng)的自我感知體系中發(fā)揮重要作用。

本文編自2022年第8期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“電力設(shè)備絕緣損傷形式及自修復(fù)材料研究進(jìn)展”。本課題得到了電力設(shè)備電氣絕緣國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室資助項(xiàng)目的支持。