下一代电绝缘材料的整体方法

自第二次世界大战以来，我们的电气基础设施基本保持不变，但技术(特别是材料)的进步为我们打开了过去从未想过的大门。这些进步为未来 100 年及以后重新设计我们的电气基础设施奠定了基础。

重新设计至关重要，因为我们每天都在给电网施加更多压力，要求更快的计算机处理，并推动电力运输。为这些设备和基础设施供电的先进微型半导体会产生大量热量，从而导致它们发生故障。这些设备还需要与元件进行电气隔离和保护。

随着设备和基础设施的不断进步，世界范围内正在开发新型电绝缘材料，以满足不断增长的性能和可靠性需求。德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员与陆军研究实验室合作，正在分析用于电气绝缘或包装的新材料，与当今的绝缘材料相比，这种材料可以更有效地散热。

“电网满足数百万家庭和企业的需求，并处理数千安培的电流，”发表在IEEE Proceedings of the IEEE 上的一篇新论文的合著者、科克雷尔学院热流体系统副教授Vaibhav Bahadur 说。工程学院的沃克机械工程系。“我们谈论的是非常显着的热量产生、高电压以及在极端温度下生存的能力，而在气候变化的情况下，这种情况只会变得更糟。”

“我们发现的关键问题是仅提高导热性还不够，”巴哈杜尔说。“您需要对材料和多功能材料有更全面的了解，才能满足电气、热学和机械要求。”

仅关注一种特性，例如导热性，不足以从电子设备中获得必要的性能和使用寿命。您需要确保材料具有大电阻、耐受极端温度、处理机械应力的能力和耐湿性等。材料开发人员面临的巨大挑战是同时改进所有这些特性，而不是目前的一次一个方法。

“以前从未对这些新纳米材料进行过全面评估，”沃克系研究教授、UT 机电中心主任和论文合著者罗伯特·赫布纳 (Robert Hebner) 说。“这篇文章是未来材料开发的路线图。我们从工程和可靠性的角度为材料界提供了批判性的审查和观点。”

这些新型纳米复合材料由含有纳米颗粒的聚合物制成，旨在达到与金属相当的热性能水平，同时保留聚合物的优点——重量轻、不易腐蚀、更容易制造。一些最有前途的材料的热导率是传统聚合物的近 100 倍。

如果我们能像研究人员所建议的那样，以整体方式推进电气绝缘，我们可以看到生活的许多方面都有所改善。一个可靠的、基于可再生能源的电网。不会过热的更快的笔记本电脑处理器。使用空气而不是稀缺的水资源来冷却发电厂。甚至可以使用能够承受起飞过程中产生的极端热量的电缆过渡到电动航空。

鉴于全球对这些材料广泛应用的兴趣，未来的进展可以而且应该迅速展开。Bahadur 建议，这种先进的多功能材料技术最早可能在 2030 年实现。

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