0 引言
绝缘子是输电线路中承担机械支撑和电气绝缘作用的重要部件。随着输电线路电压等级的逐步提高，绝缘子沿面闪络逐渐成为威胁电力系统安全可靠运行的难题[1-2]。尤其是在工业较为发达、气候较为湿润的地区，湿闪、污闪等方面导致的绝缘失效，对电力系统破坏极大，会给国民经济带来极大的损失[3-4]。例如，中巴某核电项目地处卡拉奇阿拉伯海湾，空气湿度大、盐雾浓度高，绝缘子表面凝露严重，且无法及时停电进行清理工作。因此，提升绝缘子的自清洁能力和沿面闪络性能是保障输电线路安全可靠的关键。
迄今为止，为提升绝缘子的沿面闪络性能，已经发展出带电清洗绝缘子、复合绝缘子、涂覆憎水性涂层等多项产品和措施[5-6]。其中，为绝缘子涂覆室温硫化（Room Temperature Vulcanized, RTV）硅橡胶涂层具有成本低、操作简便等优势，在输变电设备外绝缘防污领域得到了广泛的应用。但运行经验同时表明，RTV 硅橡胶涂层沿面闪络之后在其表面会形成“水带”，从而影响绝缘子的绝缘性能[7]。因此，亟须开发出一种具有优异沿面闪络特性的憎水性涂层，以提高输电线路绝缘子的沿面绝缘性能。
超疏水涂层具有优异的憎水性能，在输变电外绝缘设备防腐蚀、防污闪、防凝露、防覆冰等方面具有潜在的应用前景[8-9]。水滴在超疏水涂层表面的粘附力非常低，极易脱离涂层表面[10]。在融霜过程中，具有微槽结构的超疏水涂层表面能利用局域水汽实现单液滴的自弹跳[11]；超疏水涂层表面水滴在合并时，高表面能可转换为合并后水滴的动能，克服其与涂层之间的粘附功，自发弹跳脱离涂层表面，从而实现超疏水涂层表面水滴的自驱动[12]。研究表明，电场对超疏水涂层表面水滴的运动具有增强作用，超疏水涂层表面水滴承受的电应力能够驱使水滴沿平行于电场方向运动[13]。同时，在切向电场作用下，水滴脱离超疏水涂层表面之后获得切向速度分量，更易于脱离超疏水表面，从而实现优异的去露效果[14]。此外，由于超疏水涂层表面能极低，水滴和涂层表面污秽颗粒之间的界面力足以克服污秽颗粒的重力和污秽颗粒与超疏水涂层之间的范德华力，因此沉积在超疏水涂层表面的污秽颗粒能够被水滴吸附并带离涂层表面，实现超疏水涂层的自清洁[15]。当水滴和污秽颗粒脱离表面后，超疏水涂层的绝缘强度得到大幅度增强，干区面积扩大，表面局部电弧的发展受阻，从而实现超疏水涂层沿面闪络性能的提升[16]。
为获得较低的表面能，超疏水涂层常采用含氟材料作为成膜剂，但由于其高绝缘性而极易在表面形成电荷积聚[17]，在直流电场下容易造成电场畸变，甚至诱发沿面闪络[18]。具有非线性电导特性的复合材料能够有效调控绝缘材料表面电场分布，抑制电场畸变[19]。氧化锌、碳化硅等材料的介电性能具有显著的电场依赖特性，当电场强度增大时，材料的电导率大幅提升[20]。通过向绝缘材料基体中填充具有非线性电导特性的颗粒，可以得到具有电场自适应性的复合材料，从而有效解决电荷积聚导致电场畸变的问题[21]。同时，在直流电场静电效应作用下，电荷积聚将导致严重积污[22]，通过非线性电导特性抑制表面电荷积聚将有效提升涂层的防污水平。但具有非线性电导特性的填料颗粒表面亲水，难以实现复合材料憎水性能和非线性电导特性的协同。
本文研制了一种兼具优异超疏水性能和电荷消散特性的碳化硅/氟碳树脂超疏水涂层。基于直流闪络试验平台，对碳化硅/氟碳树脂超疏水涂层的闪络特性进行了研究，并从水滴粘附功和表面电荷陷阱分布的角度，分析了碳化硅/氟碳树脂超疏水涂层沿面闪络特性的提升机制。
1 超疏水涂层的制备及表征
1.1 超疏水涂层的制备
氟碳树脂作为一种广泛应用的成膜材料，具有优异的耐候性能。树脂中引入的氟元素和碳元素形成“C—F”键，键能高达485.6 kJ/mol，分子结构十分稳定。这种独特的化学结构赋予了氟碳树脂优异的化学稳定性，使氟碳树脂展现出优异的耐热性、耐低温性、耐酸碱性、耐腐蚀性等。碳化硅颗粒除了具备非线性电导特性之外，还具有优异的力学性能、热稳定性、传热性能和化学稳定性，在电气绝缘领域，常用掺杂有碳化硅颗粒的涂料作为防晕涂层使用。基于以上分析，本文选用氟碳树脂作为成膜剂，碳化硅颗粒作为填料，制备碳化硅/氟碳树脂复合涂层。具体制备流程为：利用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷对碳化硅颗粒进行表面化学修饰，按照一定的质量分数，将氟碳树脂与表面修饰改性的碳化硅颗粒混合，加入固化剂，充分搅拌后均匀涂覆于玻璃基底，然后高温交联固化，得到碳化硅/氟碳树脂涂层样品。为研究碳化硅颗粒的填充质量分数对涂层各项性能的影响，本文以10%质量分数为步长，选取0～50%六种填充比例制备碳化硅/氟碳树脂涂层。
1.2 超疏水涂层的表征
用移液枪吸取 20～60 μL 的纯净水滴落于玻璃、RTV 硅橡胶涂层、纯氟碳树脂涂层和填充40%碳化硅的氟碳树脂涂层表面，各材料表面的水滴形貌如图1 所示。由于玻璃表面呈现亲水性，当水滴落在玻璃表面，形状舒展形成水膜；RTV 硅橡胶涂层具有疏水性，散落在涂层表面的水滴呈现半球状；纯氟碳树脂涂层表面水滴也呈现半球状，表现出疏水性；而填充40%碳化硅的氟碳树脂涂层表现出超疏水性，和其他几组样品表面水滴不同，涂层表面散落的水滴呈现出圆球状。
图1 玻璃、RTV 硅橡胶涂层、纯氟碳树脂涂层、填充40%碳化硅的氟碳树脂涂层表面水滴形貌
Fig.1 Morphology of the water droplets on the surfaces of the glass, the silicon rubber coating, the pure fluorocarbon coating and the fluorocarbon resin coating with 40% SiC
本文采用Drop Meter A-20 型接触角测量仪来测量涂层表面水滴的接触角，从而表征涂层表面的润湿性。测试水滴的体积为10 μL，在每个涂层表面随机选取五个位置进行测试，测试值的平均值作为该涂层的静态接触角θ。碳化硅/氟碳树脂涂层的静态接触角测量结果如图2 所示，纯氟碳树脂涂层的水滴静态接触角为114.4°，随着碳化硅含量的增大，碳化硅/氟碳树脂涂层的水滴静态接触角呈现先略微下降，然后上升逐渐趋于稳定的变化趋势。当碳化硅质量分数达到30%时，涂层的水滴静态接触角达到164.4°，呈现出超疏水特性。随着碳化硅颗粒的填充比例继续增大，水滴的静态接触角趋于稳定，涂层始终保持优异的超疏水性。
图2 碳化硅/氟碳树脂涂层的静态接触角
Fig.2 The static water contact angles of the
SiC/fluorocarbon resin coating
采用扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope, SEM）观测碳化硅/氟碳树脂涂层表面微观形貌，测试结果如图3 所示。结果表明，碳化硅颗粒的填充对涂层表面的微观形貌具有显著影响。纯氟碳树脂涂层表面光滑平整；碳化硅填充质量分数为20%的氟碳树脂涂层表面散布着突起结构；当碳化硅颗粒填充量达到30%后，碳化硅/氟碳树脂涂层表面出现明显的孔穴，构建起复杂、粗糙的结构。不同填充量的碳化硅颗粒在氟碳树脂涂层表面构建出不同的粗糙结构，从而获得不同的理化性能。
图3 碳化硅/氟碳树脂涂层表面形貌
Fig.3 The surface topography of the SiC/fluorocarbon resin coating
2 试验装置及方法
2.1 直流闪络试验装置及方法
碳化硅/氟碳树脂涂层的闪络特性试验在如图4所示的直流闪络试验平台上进行。整个直流闪络试验平台主要由高压直流电源、工业加湿器、样品台和静电电压表组成。其中高压直流电源部分满足标准GB/T 22707—2008《直流系统用高压绝缘子的人工污秽试验》，包括试验变压器（额定功率50 kV·A，最大输出电压50 kV）、高压硅堆、55 kΩ 保护电阻以及0.204 μF 的电容。试验电压的纹波因数在100 mA的阻性电流负载时不大于3%，满足试验要求。沿面闪络电压由静电电压表测量。加湿系统采用的工业超声加湿器为润洋电子有限公司SG003—001 型，加湿量为3 kg/h，额定功率为300 W，相对湿度控制范围为10%～100%。工业加湿器通过雾化片的振动形成超声波，超声波将水雾化成粒径在5 μm 左右的雾滴，在加湿器内部的风机驱动雾气通过软管，对涂层表面进行润湿。
图4 直流闪络试验平台示意图
Fig.4 Illustration of the DC surface flashover platform
R, R1, R2—保护电阻 VD1, VD2—硅堆 C1, C2—电容T1—调压器 T2—变压器
输变电外绝缘设备发生的闪络事故大多由极不均匀电场导致。为了模拟这种电场，本文参照已有研究中的电极设计方案[23-24]，并结合试品的几何特征，对“针-板”电极进行改进。本文所用的直流闪络试验电极结构示意图如图5 所示，针电极采用三角形铜片，铜片头部角度为30°。同时，为了防止尖端效应对涂层表面电场分布造成影响，对三角铜片头部进行打磨，三角铜片头部斜面倾斜度为10°；板电极为“L”型铜片，铜片紧贴涂层表面。有限元仿真计算表明，给上述电极施加电压之后，电极之间最大电场强度和平均电场强度的比值大于4，根据电场不均匀度的定义，上述电极之间形成的电场为极不均匀电场[23]。
图5 直流闪络试验电极结构示意图
Fig.5 Illustration of the electrodes for the DC surface flashover test
本文参考GB/T 16927.1—2011《高电压试验技术》标准规定的破坏性放电试验程序，采用逐级加压法测试样品的沿面闪络电压，升压速度为0.5 kV/s。在每次试验中，碳化硅/氟碳树脂涂层、RTV 硅橡胶涂层和空白玻璃各取5 个样品进行重复试验，每个样品进行5 次闪络试验，每次试验完成后间隔2 min再进行下一次闪络试验。测试结束后，计算每类样品闪络电压数据的平均值，选择与平均值误差不超过10%的电压值，再次计算平均值并以此作为该类样品的闪络电压。在进行湿闪试验之前，还需要确保样品表面饱和湿润。将样品放置于样品台上，开启工业加湿器，设置加湿器的通雾量为0.5 kg/(h·m3)，通雾时间设置为5 min。
2.2 表面电位衰减测试装置及方法
涂层的表面电荷消散规律可以通过图6 所示的表面电位测试装置测量得到。整个测试装置主要由三部分构成：电荷注入系统、平台位移系统和测量系统。电荷注入系统主要由高压直流电源（Keithley 2290-10）和针电极组成。其中，针电极由金属钨制成，针尖角度为30°，曲率半径为15 μm，直径为1 mm。针电极的头部距离涂层表面3 mm，尾部与高压直流电源相连接。平台位移系统主要包括金属载物台（载物台接地）和步进电机驱动的位移台。测量系统包括静电容探头及配套静电计、采集卡和计算机。静电容探头为Model P0865 型静电电压表，测量范围为0～±10 kV，分辨率为1 V，精度优于满量程的±0.1%，探头与涂层表面也保持3 mm 距离；采集卡为MCC 公司所产USB 1808 型高精度同步数据采集卡，最高采样率可达50 kS/s；采集卡信号输入到计算机中，由基于Labview 软件设计的程序进行数据记录和处理。
图6 表面电位测试装置
Fig.6 The experimental setup for surface potential measurement
3 试验结果
3.1 直流干闪电压
采用三角铜片和“L”型铜片作为“针-板”电极，向三角铜片施加正极性高压，“L”型铜片接地，闪络距离设置为2 cm，测试碳化硅/氟碳树脂涂层、空白玻璃和RTV 硅橡胶样品的闪络电压，测试结果如图7 所示。
图7 碳化硅/氟碳树脂涂层的直流干闪电压
Fig.7 Dry surface flashover voltage of the SiC/fluorocarbon resin coating
碳化硅/氟碳树脂涂层的直流干闪电压随着碳化硅填充量的增大呈现出“先增大，后减小”的趋势。在碳化硅填充量较低的情况下，碳化硅/氟碳树脂涂层的干闪电压上升较为缓慢，当碳化硅质量分数达到30%后，碳化硅/氟碳树脂涂层的干闪电压迅速上升。碳化硅质量分数为40%的氟碳树脂涂层的干闪电压最高，闪络电压为15.4 kV。与纯氟碳树脂涂层相比，碳化硅质量分数为40%的氟碳树脂涂层的闪络电压提升了58.8%，碳化硅颗粒对提升氟碳树脂涂层的闪络电压具有显著作用。值得注意的是，当碳化硅质量分数达到50%后，碳化硅/氟碳树脂涂层的闪络电压出现较大幅度的下降。这是由于碳化硅填充量较大时，过高的电导率将会增大涂层表面泄漏电流，从而诱发沿面放电，降低涂层的沿面闪络电压[25]。本文还测试了RTV 硅橡胶涂层及空白玻璃的直流干闪电压作为试验对照。与RTV 硅橡胶涂层和空白玻璃相比，碳化硅质量分数为40%的氟碳树脂涂层的闪络电压分别提升了62.1%和58.8%，碳化硅/氟碳树脂涂层展现出了优异的干闪特性。
3.2 直流湿闪电压
给三角铜片电极施加正极性电压，“L”型铜片接地，闪络距离设置为2 cm，测试碳化硅/氟碳树脂涂层、空白玻璃和RTV 硅橡胶样品的直流湿闪电压。RTV 硅橡胶涂层、纯氟碳树脂涂层和碳化硅质量分数为 40%的氟碳树脂涂层在闪络前和闪络后的表面润湿状态如图8 所示。RTV 硅橡胶涂层表面、纯氟碳树脂涂层和碳化硅/氟碳树脂涂层表面在闪络前均分布着细密的水滴。在闪络之后，RTV 硅橡胶样品表面电极之间形成“水带”，涂层的绝缘性能降低[26]；纯氟碳树脂涂层表面在闪络后，电极之间形成狭窄的干带；而碳化硅/氟碳树脂涂层表面的水滴被电场驱动，在电极之间形成一大片干区，大大提升了涂层的绝缘强度。
图8 RTV 硅橡胶涂层、纯氟碳树脂涂层和填充40%碳化硅的氟碳树脂涂层表面的润湿状态
Fig.8 The wetting status on the surfaces of the silicon rubber coating, the pure fluorocarbon resin coating and the fluo-rocarbon resin coating with 40% SiC
碳化硅/氟碳树脂涂层直流湿闪电压测试结果如图9 所示，玻璃样品的湿闪电压最低，只有5.1 kV，远小于其他样品的闪络电压；与亲水性的玻璃表面相比，具有憎水性的RTV 硅橡胶样品的闪络电压达到6.4 kV。结果表明，样品表面的憎水性对湿闪电压具有较大的影响。对于碳化硅/氟碳树脂涂层而言，随着碳化硅颗粒填充量的增大，涂层的湿闪电压也逐渐增大。当氟碳树脂涂层未填充碳化硅颗粒时，其湿闪电压值为7.6 kV；当碳化硅质量分数达到40%时，碳化硅/氟碳树脂涂层的湿闪电压达到12.2 kV。结果表明，碳化硅颗粒的填充量能够有效地调控碳化硅/氟碳树脂涂层的直流湿闪特性。与未填充碳化硅颗粒的氟碳树脂涂层、RTV 硅橡胶涂层以及空白玻璃相比，碳化硅质量分数为40%的氟碳树脂涂层的湿闪电压分别提升了60.5%、90.6%和139.2%，碳化硅/氟碳树脂涂层展现出优异的湿闪特性。值得注意的是，在填充质量分数为0～50%的区间内，碳化硅/氟碳树脂涂层的直流湿闪电压随碳化硅颗粒填充量增大呈现先单调递增，后略有下降的规律，和干闪电压随碳化硅填充量的变化规律较为相似。这说明，碳化硅填料调控氟碳树脂涂层直流干闪电压的机制对氟碳树脂涂层的直流湿闪过程也具有影响。
图9 碳化硅/氟碳树脂涂层的直流湿闪电压
Fig.9 Wet surface flashover voltage of the SiC/fluorocarbon resin coating
3.3 涂层表面电荷消散
给针电极施加正极性电压对样品表面进行充电，充电时间为3 min，充电电压为7 kV。使用静电探头对涂层表面电位进行测量，测试时长为100 s，测试得到碳化硅/氟碳树脂涂层的表面电荷衰减规律如图10 所示。
图10 碳化硅/氟碳树脂涂层的表面电荷衰减规律
Fig.10 The surface charge decay characteristics of the SiC/fluorocarbon resin coating
以7 kV 的电压充电后，纯氟碳树脂涂层表面电位缓慢衰减，填充有碳化硅的氟碳树脂涂层表面电位在初期迅速衰减，经过约20 s 的衰减即趋于稳定。纯氟碳树脂涂层表面电位初始值达到3.9 kV，表面电位经过衰减降至3.7 kV；碳化硅质量分数为10%的氟碳树脂涂层表面电位初始值为2.2 kV，表面电位在衰减后期降至0.8 kV；碳化硅质量分数为20%的氟碳树脂涂层表面电位进一步降低，从1.5 kV 衰减至0.1 kV；碳化硅质量分数为30%～50%的氟碳树脂涂层样品表面电位经过衰减之后均趋于零，涂层表面几乎无电荷驻留。
4 分析与讨论
4.1 表面陷阱分布特性
一般认为，涂层表面电荷的消散主要有三种途径：①表面电荷与空气中的带电离子中和；②表面电荷沿着涂层表面迁移至接地极；③表面电荷进入涂层内部，穿越涂层向接地极迁移。首先，在本文的研究中，整个试验测试环境的相对湿度控制在25%左右，空气湿度较低，因此可以忽略①对表面电荷测量的影响；同时，由于样品表面较大，电荷沿着表面迁移至接地极的距离远大于电荷穿越涂层到达接地极的距离，因此②也可以忽略不计。电荷在涂层中的输运主要由被陷阱俘获和从陷阱脱离两个过程决定。因此，通过表面电荷消散情况，即可计算得到涂层的电荷陷阱分布特性[27]。陷阱能级E可表示为
式中，kB 为玻耳兹曼常数；T 为热力学温度；ν 为陷阱电荷的逃逸频率因子；t 为表面电荷消散时间。
陷阱连续分布函数 N t( E )可表示为
式中，ε0 为真空介电常数；εr 为样品相对介电常数；l 为电荷层厚度；U(t)为t 时刻样品表面电位；d 为样品厚度；q 为电荷量。
利用式（1）和式（2）可以对样品的陷阱能级分布进行计算。本文采用的深陷阱和浅陷阱概念分别对应双陷阱能级模型中相对较深和相对较浅的陷阱[28]。采用等温表面电位衰减（Isothermal Surface Potential Decay, ISPD）模型计算材料表面陷阱分布特征后，每种材料均呈现明显的两个峰值，本文将能级较低的峰值作为浅陷阱中心，能级较高的峰值作为深陷阱中心。同时，可以直接将符合双指数函数规律的表面电位函数分拆为两部分，分别代入，即可计算出深陷阱和浅陷阱对应的能级分布特性。碳化硅/氟碳树脂涂层的深浅陷阱分布特征如图11所示。
图11 碳化硅/氟碳树脂涂层的陷阱分布特征
Fig.11 The electrical trap distribution on the SiC/fluorocarbon resin coating
当针电极施加7 kV 正极性电压时，纯氟碳树脂涂层表面浅陷阱密度非常低，而深陷阱密度高达1.341×1020 m-3，深陷阱能级达到0.88 eV；碳化硅质量分数为10%的氟碳树脂涂层表面以浅陷阱为主，陷阱能级为0.72 eV，陷阱密度达到3.98×1019 m-3。对于碳化硅质量分数为20%～50%的氟碳树脂涂层样品而言，其表面均以浅陷阱为主，随着碳化硅填充量的增大，涂层的浅陷阱能级略有降低，浅陷阱密度先增大，后逐渐降低。总体而言，碳化硅填料的加入使氟碳树脂涂层表面的陷阱分布由深陷阱为主转变成为以浅陷阱为主。
由于浅陷阱能级较低，对涂层表面的载流子的限制能力不足，载流子被浅陷阱捕获之后，很容易在外界电场作用下脱陷；而深陷阱捕获载流子之后，对载流子的限制较强，容易形成电荷中心，造成电场畸变，从而诱发沿面闪络[29]。
4.2 水滴与涂层表面的粘附功
粘附功可以用来衡量水滴与涂层分离的难易程度，当水滴置于涂层表面时，水滴和涂层之间的粘附功Wa 为[30]
式中， svγ 为涂层表面和自身蒸汽平衡的界面张力，由于涂层的蒸汽可以忽略不计，因此“气-固”界面张力近似等于涂层表面张力 sγ ； lvγ 为空气和水滴两相之间的界面张力，由于水滴与其蒸汽交界的相互作用对水滴的表面张力影响也可以忽略不计，所以“气-液”界面张力近似等于水滴表面张力 lγ ； slγ 为涂层和水滴之间的界面张力；S 为水滴和涂层表面的实际接触面积。因此水滴和涂层之间的粘附功表达式为
超疏水涂层表面水滴几何模型如图12 所示，在理想情况下，当水滴置于涂层表面，水滴的形状可近似为被截去球冠的球体。
图12 超疏水涂层表面水滴几何模型
Fig.12 Geometry model of water droplet on the surface of the superhydrophobic coating
水滴和涂层之间的表观接触面为一个圆形，圆形接触面的半径r 和水滴的半径R 之间的关系为
因此，水滴和涂层表面的实际接触面积为
式中，f 为水滴与涂层表面实际接触的单位表观面积分数。
根据Cassie 模型关系式，水滴和涂层之间的静态接触角满足
式中，θ0 为涂层的本征接触角。
由此可得，水滴和涂层的实际接触面积为
涂层和水滴之间的界面张力为
式中，Φ 为粘附功和本体相内聚功几何均值的比值。
假设“液-固”界面张力仅由涂层和水滴两相相互作用的色散力分量贡献[31]，Φ 可以取值为1，将式（8）和式（9）代入式（4），即可求得超疏水涂层表面水滴的粘附功。
由于碳化硅颗粒表面都被氟碳树脂包裹，因此纯氟碳树脂涂层的静态接触角可作为碳化硅/氟碳树脂超疏水涂层的本征静态接触角，即θ0=114.4°，选取体积为10 μL 的水滴，其半径R=0.13 cm，代入碳化硅/氟碳树脂涂层的静态接触角，可以计算得到不同质量分数的碳化硅/氟碳树脂涂层表面粘附功如图13 所示。
图13 碳化硅/氟碳树脂涂层表面粘附功
Fig.13 Surface adhesion work of the SiC/fluorocarbon resin coating
当碳化硅质量分数达到30%后，碳化硅/氟碳树脂涂层表面粘附功显著降低，涂层表面水滴在电场作用下容易脱离涂层表面，从而扩大涂层表面干区，提升湿闪电压[32]。值得注意的是，与未填充碳化硅颗粒的氟碳树脂涂层相比，虽然碳化硅质量分数为10%和20%的氟碳树脂涂层表面粘附功较高，但其湿闪电压仍然有所提升，进一步印证了碳化硅/氟碳树脂涂层的湿闪性能受到疏水性能和表面电荷消散特性的协同影响。
5 结论
1）制备了一种碳化硅/氟碳树脂超疏水涂层，涂层兼具优异的超疏水性和电荷消散特性。填充质量分数为40%的碳化硅的氟碳树脂超疏水涂层沿面闪络性能最佳，与RTV 硅橡胶涂层相比，其干闪电压和湿闪电压分别提升了62.1%和90.6%；相比于纯氟碳树脂，超疏水涂层的干闪和湿闪电压分别提升了58.8%和60.5%。
2）碳化硅/氟碳树脂超疏水涂层表面电荷陷阱分布以浅陷阱为主，对载流子的限制能力不足，因此电荷不易在涂层表面积聚，从而抑制了电场畸变，提升涂层的闪络电压。
3）水滴在涂层表面的静态接触角越大，水滴和涂层之间的粘附功越小，在碳化硅/氟碳树脂超疏水涂层上的水滴就越容易被电场驱离表面，从而扩大干区，提升涂层的绝缘强度。
[1] Yang Lin, Zhang Fei, Wang Zhenhua, et al. Evaluation of wetting condition and its effects on pollution flashover voltage of aerodynamic insulators[J]. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation,2016, 23(5): 2875-2882.
[2] Zhang Chuyan, Wang Liming. Experimental investigation on pollution flashover performance of multiple parallel suspension insulators[J]. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation,2016, 23(5): 2840-2849.
[3] Siderakis K, Agoris D. Performance of RTV silicone rubber coatings installed in coastal systems[J].Electric Power Systems Research, 2008, 78(2): 248-254.
[4] Jin Haiyun, Jin Pu, Niu Ruidong, et al. Flashover characteristics of discrete water droplets on the surface of super-hydrophobic silicone rubber[J]. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation,2014, 21(4): 1718-1725.
[5] 宿志一, 李庆峰. 我国电网防污闪措施的回顾和总结[J]. 电网技术, 2010, 34(12): 124-130.Su Zhiyi, Li Qingfeng. Historical review and summary on measures against pollution flashover occurred in power grids in China[J]. Power System Technology,2010, 34(12): 124-130.
[6] 刘士利, 李卫东, 李振新, 等. 水带对憎水性表面交流闪络特性与电场分布的影响[J]. 电工技术学报, 2022, 37(21): 5570-5577.Liu Shili, Li Weidong, Li Zhenxin, et al. Influence of water band on AC flashover characteristics and electric field distribution of hydrophobic surface[J].Transactions of China Electrotechnical Society, 2022,37(21): 5570-5577.
[7] 李晨. 高湿环境电压作用下硅橡胶材料的理化/闪络特性[D]. 重庆: 重庆大学, 2018.
[8] 李剑, 王湘雯, 黄正勇, 等. 超疏水绝缘涂层制备与防冰、防污研究现状[J]. 电工技术学报, 2017,32(16): 61-75.Li Jian, Wang Xiangwen, Huang Zhengyong, et al.Research of preparation, anti-icing and anti-pollution of super hydrophobic insulation coatings[J].Transactions of China Electrotechnical Society, 2017,32(16): 61-75.
[9] Jafari R, Menini R, Farzaneh M. Superhydrophobic and icephobic surfaces prepared by RF-sputtered polytetrafluoroethylene coatings[J]. Applied Surface Science, 2010, 257(5): 1540-1543.
[10] 赵玉顺, 李剑, 胡建林, 等. 超疏水涂层覆冰过冷水滴捕获率研究[J]. 高电压技术, 2016, 42(3): 914-922.Zhao Yushun, Li Jian, Hu Jianlin, et al. Study on capture rates of super-cooled water droplets on superhydrophobic coating under icing conditions[J]. High Voltage Engineering, 2016, 42(3): 914-922.
[11] Huang Zhengyong, Wang Feipeng, Zhang Ruiqi, et al.Self-ejections of multiple isolated slushes on disorderly grooved superhydrophobic surfaces[J].Applied Physics Letters, 2020, 116(5): 053702.
[12] Chen Xuemei, Weibel J A, Garimella S V.Superhydrophobic surfaces: exploiting microscale roughness on hierarchical superhydrophobic copper surfaces for enhanced dropwise condensation[J].Advanced Materials Interfaces, 2015, 2(3): 1400480.
[13] Li Jian, Yuan Wei, Huang Zhengyong, et al.Electrohydrodynamic behavior of water droplets on a horizontal super hydrophobic surface and its selfcleaning application[J]. Applied Surface Science,2017, 403: 133-140.
[14] Yan Xinzhu, Li Jian, Li Licheng, et al. Droplet condensation on superhydrophobic surfaces with enhanced dewetting under a tangential AC electric field[J]. Applied Physics Letters, 2016, 109(16):161601.
[15] Ren Shuai, Wang Shengwu, Dong Zhenqiu, et al.Dynamic behaviors and self-cleaning property of droplet on superhydrophobic coating in uniform DC electric field[J]. Colloids and Surfaces A:Physicochemical and Engineering Aspects, 2021, 626:127056.
[16] Xu Wenjie, Niu Jiaxuan, Tian Kaiyi, et al. Enhanced pollution flashover of a slurry coalescence superhydrophobic coating[J]. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2021, 28(1):310-317.
[17] 王飞鹏, 张涛, 文刚, 等. 表面电荷对聚四氟乙烯沿面击穿特性的影响[J]. 中国空间科学技术, 2017,37(3): 28-34.Wang Feipeng, Zhang Tao, Wen Gang, et al. Effect of space charge on surface-breakdown behavior of polytetrafluoroethylene[J]. Chinese Space Science and Technology, 2017, 37(3): 28-34.
[18] 谢庆, 张采芹, 闫纪源, 等. 不均匀直流电场下绝缘材料表面电荷积聚与消散特性[J]. 电工技术学报, 2019, 34(4): 817-830.Xie Qing, Zhang Caiqin, Yan Jiyuan, et al. Study on accumulation and dissipation of surface charges of insulating materials under uneven DC field[J].Transactions of China Electrotechnical Society, 2019,34(4): 817-830.
[19] 迟庆国, 崔爽, 张天栋, 等. 碳化硅晶须/环氧树脂复合介质非线性电导特性研究[J]. 电工技术学报,2020, 35(20): 4405-4414.Chi Qingguo, Cui Shuang, Zhang Tiandong, et al.Study on nonlinear characteristics on conductivity of silicon carbide whisker/epoxy resin composites[J].Transactions of China Electrotechnical Society, 2020,35(20): 4405-4414.
[20] 南江, 刘诚威, 夏平安. 聚四氟乙烯/纳米碳化硅改性复合材料的制备及其介电特性[J]. 电工技术学报, 2021, 36(增刊1): 1-7.Nan Jiang, Liu Chengwei, Xia Pingan. Preparation and dielectric characteristics of nano-SiC/PTFE composite[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2021, 36(S1): 1-7.
[21] Xue Jianyi, Chen Junhong, Dong Junhao, et al. The regulation mechanism of SiC/epoxy coatings on surface charge behavior and flashover performance of epoxy/alumina spacers[J]. Journal of Physics D:Applied Physics, 2019, 52(40): 405502.
[22] 吕玉坤, 宋庆壮, 王召鹏, 等. 低风速环境下XSP-160 型瓷三伞绝缘子积污特性数值模拟[J]. 电工技术学报, 2020, 35(10): 2257-2265.Lü Yukun, Song Qingzhuang, Wang Zhaopeng, et al.Simulation of fouling characteristics of XSP-160 porcelain three umbrella insulators under low wind speed[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2020, 35(10): 2257-2265.
[23] 翟芷萱, 林莘, 温苗, 等. 极不均匀场下SF6/CF4 混合气体中环氧树脂绝缘子沿面闪络特性研究[J].高压电器, 2018, 54(5): 150-155.Zhai Zhixuan, Lin Xin, Wen Miao, et al. Study on surface flashover characteristics of epoxy resin insulator in SF6/CF4 mixture under uneven field[J].High Voltage Apparatus, 2018, 54(5): 150-155.
[24] 颜薪瞩. 甲基硅树脂超疏水涂层制备方法与凝露特性及防污闪性能研究[D]. 重庆: 重庆大学, 2016.
[25] Ramirez I, Hernandez R, Montoya G. Measurement of leakage current for monitoring the performance of outdoor insulators in polluted environments[J]. IEEE Electrical Insulation Magazine, 2012, 28(4): 29-34.
[26] 邵仕超, 王黎明, 曹彬, 等. 憎水性表面水带形状对其闪络特性的影响[J]. 高电压技术, 2021, 47(7):2425-2433.Shao Shichao, Wang Liming, Cao Bin, et al. The influence of hydrophobic surface bending water band on its flashover characteristics[J]. High Voltage Engineering, 2021, 47(7): 2425-2433.
[27] Yu Shihu, Li Shengtao, Wang Shihang, et al. Surface flashover properties of epoxy based nanocomposites containing functionalized nano-TiO2[J]. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation,2018, 25(4): 1567-1576.
[28] 周福文, 王梦丹, 屠幼萍, 等. 纳米SiO2/硅橡胶复合材料的陷阱特性[J]. 高电压技术, 2018, 44(8):2687-2694.Zhou Fuwen, Wang Mengdan, Tu Youping, et al. Trap characteristics of nano SiO2/silicone rubber composite[J].High Voltage Engineering, 2018, 44(8): 2687-2694.
[29] 梁英, 靳哲, 张君成. 硅橡胶电晕老化后的陷阱对其闪络电压的影响[J]. 高电压技术, 2017, 43(7):2309-2315.Liang Ying, Jin Zhe, Zhang Juncheng. Influence of trap on flashover voltage of silicone rubber after corona aging[J]. High Voltage Engineering, 2017,43(7): 2309-2315.
[30] 贾志海, 雷威, 贺吉昌, 等. 振动诱导微结构粗糙表面水滴Wenzel-Cassie 状态转变特性[J]. 化工学报, 2014, 65(2): 544-549.Jia Zhihai, Lei Wei, He Jichang, et al. Vibrationinduced Wenzel-Cassie wetting transition on rough patterned surface[J]. CIESC Journal, 2014, 65(2):544-549.
[31] 滕新荣. 表面物理化学[M]. 北京: 化学工业出版社, 2009.
[32] 金海云, 周慧敏, 卫世超, 等. 污秽超疏水硅橡胶表面的润湿闪络特性研究[J]. 中国电机工程学报,2020, 40(17): 5690-5700.Jin Haiyun, Zhou Huimin, Wei Shichao, et al. Study on flashover characteristics of polluted superhydrophobic silicone rubber surface under wetting condition[J]. Proceedings of the CSEE, 2020, 40(17):5690-5700.