[00961019]基于微结构调控的电力装备材料多功能化关键技术及应用

该项目属于电工材料技术领域。主要技术内容:坚强智能电网、新能源发电等的建设，对电力装备构件提出了更高要求，多功能化是其中之一。包括:面对远距离、特高压输电线路建设带来的多地形差异和复杂环境问题，线路的污闪、风沙侵蚀等日益严重，要求关键绝缘子具有更好的防污闪、耐磨等功能；大气污染的加剧，要求太阳能电池板具有自清洁能力；沿海地区高湿度和海上风电的发展，要求风机叶片轻量化同时需具有良好防腐蚀能力。但材料不同性能之间往往存在矛盾，难以兼顾。纳米技术、复合材料技术的发展为材料多功能化创造了条件。而随着组元及其尺寸、形貌等的多样化，有效调控微结构是实现材料多功能化的关键。 项目在国家自然科学基金项目等支持下，针对电力装备关键构件对自清洁、防腐蚀等功能的需求，在深入研究微纳复合结构等对性能影响的基础上，开发了材料微结构调控技术。 主要发明点：1.针对绝缘子、风机叶片等用涂层材料耐磨性能差、附着力小的问题，发明了微纳复合层级结构与半嵌入式结构相耦合的技术，利用微米级凸起对半嵌入纳米凸起的保护作用，使涂层兼具超疏水和优异耐磨性能。制备的涂层材料，接触角达162±1°，附着力达1级，耐电弧性达206.2S，在载荷26.8N、运行1.61km后被磨损量为0.3522g。涂层的应用显著提高了绝缘子等的防污闪、防覆冰、防腐蚀和耐磨能力。 2.针对太阳能电池板用涂层材料透明性和稳定性差的问题，发明了纳米颗粒氟化及其在涂层基底的嵌入度调控技术，利用表面化学官能团和纳米颗粒协同作用，使涂层具备超疏水和超强稳定性的同时，兼具光学可控性。制备的涂层材料接触角达163±1°，透明度达98%。涂层的应用使太阳能电池板在光能利用率基本不受影响的条件下，具备了优良自清洁能力。 3.针对风机叶片轻量化设计及抗振与降噪问题，发明了层级多孔材料胞元结构调控技术，利用多形貌、多尺度层级胞元结构的复合，实现了多孔材料的可控逐级吸能和优良冲击载荷一致性。设计的自相似层级多孔结构，在冲击速度120m/s时，平台应力达10.91MPa，比吸能达17.32kJ/kg，冲击载荷效率达43.6%。技术的应用，在降低叶片重量的同时，有效改善了叶片抗振性，降低了噪音。知识产权及标准规范等情况：授权发明专利8项，制订电力行业标准1项，发表论文29篇，其中在该申请中列出的1篇论文，单篇被引95次，开发的涂层制备技术，被中国腐蚀与防护网以“华北电力大学在透明超疏水涂层方面获突破”为题，做了专门报道。应用效果：发明的技术被国网河北能源技术服务有限公司等应用，近三年累计为企业新增销售额1.9621亿元，新增利润及节支6444万元。项目组成员3人次入选河北省“三三三人才工程”，1人次入选中国电机工程学会青年人才托举工程。推动科技进步的作用：利用微结构调控有效协调了材料不同性能之间的矛盾，为材料多功能化提供了技术支撑。