Nonlinear conductive composite insulation has been widely used to reduce nonuniformities in the local high electric field of high-voltage direct-current equipment. The silicon carbide (SiC)/epoxy resin composites with nonlinear conductivities have great potential applications in high temperature superconducting equipment. In this article, SiC/epoxy resin composites with different filler loading are fabricated, and the nonlinear conductivities are measured at cryogenic temperature. The results indicate that when the filler loading is higher than 17.32 vol%, the composites present field-dependent nonlinear conductivity (FDC) properties. The nonlinear conductivity shows an increasing trend with filler loading increasing or temperature rising. Besides, the temperature-dependent nonlinear conductivity (TDC) is proposed, the mechanism of which can be attributed to the following. With the decrease of temperature, the amplitude of carrier thermal vibration decreases, which make the carriers harder to cross the Schottky barrier in the SiC-epoxy interface and the Poole–Frenkel barrier in epoxy matrix. On the other hand, the carrier-freeze-out effect significantly weakens the impurity ionization in SiC fillers at lower temperature, leading to a decrease of ionized carriers in SiC. The studies herein make a recommendation that the SiC/epoxy composites with a filler content of 29.52 vol% have a larger field-dependent nonlinear coefficient and lower temperature dependence, and play a more effective role in reducing the nonuniformities of electric field distribution in the current leads of HTS dc cable.

中文翻译：

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SiC/环氧树脂复合材料在低温下的电场和温度相关非线性电导率

非线性导电复合绝缘已被广泛用于减少高压直流设备局部高电场中的不均匀性。具有非线性电导率的碳化硅（SiC）/环氧树脂复合材料在高温超导设备中具有巨大的应用潜力。在本文中，制备了具有不同填充量的 SiC/环氧树脂复合材料，并在低温下测量了非线性电导率。结果表明，当填料填充量高于 17.32 vol% 时，复合材料呈现场相关非线性电导率 (FDC) 特性。非线性电导率随着填料用量的增加或温度的升高而增加。此外，还提出了温度相关的非线性电导率（TDC），其机制可归因于以下方面。随着温度的降低，载流子热振动的幅度减小，这使得载流子更难穿过 SiC-环氧树脂界面的肖特基势垒和环氧树脂基体中的普尔-弗伦克尔势垒。另一方面，载流子冻结效应在较低温度下显着削弱了 SiC 填料中的杂质电离，导致 SiC 中电离载流子的减少。本文的研究提出，填料含量为 29.52 vol% 的 SiC/环氧树脂复合材料具有较大的场相关非线性系数和较低的温度相关性，在降低电流中电场分布的不均匀性方面发挥更有效的作用。 HTS 直流电缆的引线。载流子热振动的幅度减小，这使得载流子更难穿过 SiC-环氧树脂界面中的肖特基势垒和环氧树脂基体中的普尔-弗伦克尔势垒。另一方面，载流子冻结效应在较低温度下显着削弱了 SiC 填料中的杂质电离，导致 SiC 中电离载流子的减少。本文的研究提出，填料含量为 29.52 vol% 的 SiC/环氧树脂复合材料具有较大的场相关非线性系数和较低的温度相关性，在降低电流中电场分布的不均匀性方面发挥更有效的作用。 HTS 直流电缆的引线。载流子热振动的幅度减小，这使得载流子更难穿过 SiC-环氧树脂界面中的肖特基势垒和环氧树脂基体中的普尔-弗伦克尔势垒。另一方面，载流子冻结效应在较低温度下显着削弱了 SiC 填料中的杂质电离，导致 SiC 中电离载流子的减少。本文的研究提出，填料含量为 29.52 vol% 的 SiC/环氧树脂复合材料具有较大的场相关非线性系数和较低的温度相关性，在降低电流中电场分布的不均匀性方面发挥更有效的作用。 HTS 直流电缆的引线。这使得载流子更难穿过 SiC-环氧树脂界面中的肖特基势垒和环氧树脂基质中的普尔-弗伦克尔势垒。另一方面，载流子冻结效应在较低温度下显着削弱了 SiC 填料中的杂质电离，导致 SiC 中电离载流子的减少。本文的研究提出，填料含量为 29.52 vol% 的 SiC/环氧树脂复合材料具有较大的场相关非线性系数和较低的温度相关性，在降低电流中电场分布的不均匀性方面发挥更有效的作用。 HTS 直流电缆的引线。这使得载流子更难穿过 SiC-环氧树脂界面中的肖特基势垒和环氧树脂基质中的普尔-弗伦克尔势垒。另一方面，载流子冻结效应在较低温度下显着削弱了 SiC 填料中的杂质电离，导致 SiC 中电离载流子的减少。本文的研究提出，填料含量为 29.52 vol% 的 SiC/环氧树脂复合材料具有较大的场相关非线性系数和较低的温度相关性，在降低电流中电场分布的不均匀性方面发挥更有效的作用。 HTS 直流电缆的引线。