【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】電力的安全高效輸送離不開高壓電纜系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。電纜局部放電往往引起絕緣性能劣化，因此局部放電的準(zhǔn)確檢測對(duì)保障電纜等電力設(shè)備的安全與穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。
 

　　針對(duì)局部放電測量的傳統(tǒng)電磁信號(hào)檢測方法易受干擾、難以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確檢測的問題，團(tuán)隊(duì)前期研制了柔性聲學(xué)傳感器，該器件具備本征抗電磁干擾能力和良好曲面貼合性，成為電纜局部放電精準(zhǔn)感知的重要手段。然而，柔性壓電薄膜聲學(xué)傳感材料在提升壓電系數(shù)與降低介電常數(shù)之間存在矛盾，導(dǎo)致壓電電壓系數(shù)被限制在20~40 mV·m·N?¹范圍內(nèi)，傳感精度受限。
 

　　針對(duì)這一瓶頸，西安交通大學(xué)電氣學(xué)院鐘力生、高景暉教授團(tuán)隊(duì)提出了一種柔性壓電薄膜的緩沖層調(diào)控性能提升策略，通過在Pb(Zr0.52Ti0.48)O3(PZT)薄膜下方引入TiO2緩沖層：一方面，利用緩沖層的低介電常數(shù)降低復(fù)合薄膜的等效介電常數(shù)；另一方面，通過緩沖層促進(jìn)PZT晶粒細(xì)化、提升擇優(yōu)取向和誘導(dǎo)自極化效應(yīng)，大幅提升了PZT薄膜的壓電系數(shù)，實(shí)現(xiàn)了柔性壓電材料傳感性能顯著提升。通過該方案獲得了壓電電壓系數(shù)高達(dá)124 mV·m·N?¹的柔性壓電薄膜，研制的柔性超聲傳感器件為電纜局部放電聲學(xué)檢測提供了新型傳感解決方案。
 

　　研究成果以《利用緩沖層策略提升柔性壓電薄膜聲學(xué)傳感器的靈敏度以用于電纜絕緣狀態(tài)監(jiān)測》(Enhancing Sensitivity of Flexible Piezoelectric Thin-Film Acoustic Sensors via Buffer Layer Engineering for Insulation Health Monitoring of Power Cables)為題發(fā)表在國際頂級(jí)期刊《先進(jìn)功能材料》(Advanced Functional Materials)上，電氣工程學(xué)院高端電纜制造與應(yīng)用協(xié)同創(chuàng)新中心吳明副教授為論文的第一作者，碩士生趙一明為第二作者，高景暉教授、鐘力生教授為論文通訊作者。
 

　　電纜中心以電氣絕緣學(xué)科為基礎(chǔ)，依托于電工材料電氣絕緣全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究平臺(tái)，重點(diǎn)開展高端電纜絕緣材料、高壓電纜絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電纜試驗(yàn)與狀態(tài)感知、電介質(zhì)極化理論及應(yīng)用等方面的研究，旨在建立我國從事高端電纜研究開發(fā)的高端人才隊(duì)伍、解決高端電纜領(lǐng)域的前瞻性基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)問題、突破高壓直流電纜、海底電纜、特種裝備用電纜等方面的瓶頸。在電力設(shè)備運(yùn)維方面，提出了柔性超聲傳感電纜局部放電和植入式電機(jī)超聲傳感等新方法，通過產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了系列高性能器件的開發(fā)與應(yīng)用。系列研究成果發(fā)表在，《先進(jìn)材料》(Advanced Materials)、《先進(jìn)功能材料》(Advanced Functional Materials)、《高電壓(英文)》(High Voltage)、《化學(xué)工程雜志》(Chemical Engineering Journal)、《IEEE介電與電氣絕緣匯刊》(IEEE Transactions on Dielectric and Electrical Insulation)和《高電壓技術(shù)》等國內(nèi)外高水平期刊上，研究成果被美國物理學(xué)會(huì)Scilight欄目采訪報(bào)道，稱該工作提供了“一種智能簡單的方法解決放電檢測難題”，此外，指導(dǎo)研究生在中國國際大學(xué)生創(chuàng)新大賽(2025)榮獲金獎(jiǎng)。