北京
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導語
干式薄膜電容器因其核心材料——金屬化雙向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜具備獨特的“自愈特性”，被廣泛應用于柔性直流輸電、新能源等高電場強度、高能量密度環境。
研究背景
換流閥是我國柔性直流輸電與新能源發電系統的核心部件，而干式電容器則被稱為換流閥的“心臟”，其性能會直接影響交直流變換的穩定性和安全性。目前，我國廣泛應用的電容器主要包括油浸箔式電容器和干式金屬化膜電容器（Metallized Polypropylene Film, MPPF）。相比于油浸箔式電容器，金屬化膜電容器因其獨特的“自愈性能”、體積小、無漏油風險等優勢，在新能源行業得到了廣泛應用。當前，工業上主要采用雙向拉伸聚丙烯（Biaxially Oriented Polypropylene, BOPP）膜作為金屬化膜的基材。
論文所解決的問題及意義
本文構建了多物理場耦合條件下的金屬化膜自愈特性測試平臺，采用浙江南洋科技有限公司提供的電容器薄膜進行試驗，系統地研究了電場、電-熱耦合以及電-熱-力多場耦合對自愈特性的影響規律，獲得電、熱、力多場耦合對自愈特性的作用機制。研究成果可為國產化金屬化聚丙烯薄膜材料的自愈特性優化提供重要的理論參考。
圖1 多場耦合自制平臺應力施加機構
論文方法及創新點
通過SEM/EDS、納米壓痕測試及差示掃描量熱分析（Differential Scanning Calorimetry, DSC）等微觀結構表征，探究多場耦合作用對自愈特性的影響機制。同時，建立自愈特性等離子體仿真模型，并結合試驗數據進行驗證，最終明確電、熱、力多場耦合對自愈特性的作用機理。
（a）0 MPa （b）0.2 MPa （c）2 MPa
（d）4 MPa （e）8 MPa
圖2 不同壓強處理下金屬化膜晶體偏光結構
結論
1）在單一電場作用下，自愈能量與面積呈非線性增長關系。當引入電-熱耦合作用時，溫度對自愈的影響呈現先增加后減少的趨勢，并以65℃為臨界點。當溫度低于65℃時，溫度促進自愈；高于65 ℃時，溫度抑制自愈。此外，施加壓強會減小單點自愈面積，但增加自愈次數。
2）自愈行為會導致聚丙烯表面灼燒、炭化及碳元素聚集。高溫會降低金屬與聚丙烯的附著力，而高壓強會破壞聚丙烯膜分子鏈結構，導致結晶度 下降。
3）在電壓作用下，等離子體發展呈非線性增長。低溫時由環境溫度主導，促進等離子體發展；高溫時界面熱通量影響增大，徑向擴散減緩。壓強增加則會抑制等離子體擴展速度和徑向擴散。
團隊介紹
吳致遠
博士研究生，研究方向為高分子聚合物。
黨智敏
教授，研究方向為先進電工材料。
本工作成果發表在2026年第3期《電工技術學報》，論文標題為“多物理場耦合對金屬化膜自愈行為的影響機制“。本課題為國家重點研發計劃和國家自然科學基金資助項目。
引用本文
吳致遠, 溫銳強, 屠幼萍, 黨智敏, 王偉. 多物理場耦合對金屬化膜自愈行為的影響機制[J]. 電工技術學報, 2026, 41(3): 807-820. Wu Zhiyuan, Wen Ruiqiang, Tu Youping, Dang Zhimin, Wang Wei. The Mechanism of Multi-Physics Coupling Effects on the Self-Healing Behavior of Metallized Films. Transactions of China Electrotechnical Society, 2026, 41(3): 807-820.
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