击穿强度又称介电击穿强度。表示材料在电场作用下，避免被破坏(击穿)所能承受最高的电场强度：通常用试样击穿电压值与其厚度(两电极板间试样平均厚度，涂料为漆膜)之比表示，单位为kV/m。不少高分子绝缘材料在液氮和液氦温度下的击穿强度数值相差不大,故液氮温度下的击穿强度数据亦可供设计液氦温度下工作的电气设备时参考。低温下的击穿试验方法尚无统一标准。

静电问题总是离不开带电体所谓有带电体，从带电过程来看，带正电就是失去一些电子，带负电就是获得一些电子获得或失去电子的数量越多，带电量越多初学者很容易想到：当带电体所带电量足够多时，就意味着获得或失去很多的电子，而每个电子都有一定质量，是否应该考虑这种电子的得失引起的带电体质量变化；对于处于静电平衡状态的带电导体是否因为带电太多使得电荷在导体表面排不下以致于由表及里，在导体内部也出现净电荷呢?从理论上讲，这种担心是合理的，但从实际上讲，这种担心是完全没有必要的在这种设想中，有一个共同的要求是带电体上的电量足够多，而带电的多少客观上是受限制的：带电的多少与导体周围介质的绝缘性能有直接的关系本文从介质的击穿强度出发，通过估算的方式讨论：导体最大限度带电时，将引起多大程度的质量变化；导体最大限度带电时，导体表面最多有多大比例的中性原子涉及电子的得失，电荷会不会由表及里，在导体内部也出现净电荷。

随着电力工业的发展，对材料的低成本、介电性能和热导率提出了越来越高的要求。因氧化铝陶瓷材料具有高热扩散系数、高热导率、相对稳定的电性能和芯片与封装材料间热扩散系数差异微小等特性，常被大功率电力电子器件选用氧化铝陶瓷材料作为基板绝缘材料。但是氧化铝陶瓷材料由于存在脆性大、成形复杂等缺点，烧结成本高，而环氧树脂易于固化成形，具有更高的金属粘结性和低成本等优点，因此选取高热导率的环氧树脂复合材料作为电力电子器件基板绝缘的研究对象。

电力电子器件工作时间较长，绝缘基板上会产生很高的温度。如果散热不及时，器件的寿命会显著降低。因此，环氧树脂需要具有高热导率才能取代陶瓷作为基板绝缘。有关于掺入高热导率的微米无机颗粒的环氧树脂比一般环氧树脂具有更高热导率的研究，其中氧化铝具有较高的热导率，经常作为导热颗粒来提高环氧树脂的导热性能。根据bruggman理论，可以通过在聚合物基质材料中加入高含量的微米导热颗粒来大幅度提高聚合物的热导率。

随着氧化铝颗粒含量的增加，氧化铝/环氧树脂复合材料的热导率增加且增加幅度越来越大。说明加入高热导率的氧化铝颗粒可以提高环氧树脂的热导率。颗粒含量较低时，氧化铝颗粒与环氧树脂是串联结构，热导率增加幅度不高，随着颗粒含量的增加，颗粒相互接触，氧化铝颗粒与环氧树脂形成并联结构，形成降低热阻的通道，从而使氧化铝/环氧树脂复合材料的热导率大幅增大。当纳米氧化铝和微米氧化铝含量均为 5%时，微米氧化铝/环氧树脂复合材料比纳米氧化铝/环氧树脂复合材料具有更高的热导率。其可能原因是微米氧化铝颗粒加入环氧树脂后形成的缺陷产生了一种导热媒介——电子，使微米氧化铝颗粒表面可以通过电子导热，而纳米氧化铝颗粒加入环氧树脂后消除了缺陷，纳米氧化铝颗粒表面则不存在电子导热，使纳米氧化铝颗粒表面比微米氧化铝颗粒表面具有更高的热阻。因此，在两者含量相同的情况下，微米氧化铝/环氧树脂复合材料比纳米氧化铝/环氧树脂复合材料具有更高的热导率。

当微米氧化铝/环氧树脂复合材料中微米颗粒含量达到 20%时，其击穿强度降低；纳米氧化铝/环氧树脂复合材料的击穿强度随纳米颗粒含量的增加而增大；5%纳米氧化铝/环氧树脂复合材料比 20%微米氧化铝/环氧树脂复合材料具有更高的击穿强度。

由于纳米氧化铝颗粒具有更大的比表面积，能够在大分子及其链之间形成紧密连接，阻止初始电子移动，加入到环氧树脂中后能消除环氧树脂的部分缺陷，因此引入纳米氧化铝颗粒能提高环氧树脂的击穿强度。与纳米氧化铝颗粒相比，单个微米氧化铝颗粒过大，很难像纳米氧化铝颗粒一样能与环氧树脂形成紧密结构。微米氧化铝颗粒与环氧树脂之间的松散结构，不能像纳米氧化铝颗粒一样移除，随添加量增大，反而引入更多导致环氧复合材料击穿强度降低的缺陷。该缺陷能够使起始电子更容易移动，并随着起始电子的撞击而引入更多的电子，从而降低了击穿强度。

通过掺入颗粒改性环氧树脂电性能的各种研究。表明纳米氧化铝复合材料比微米氧化铝复合材料具有更好的电性能，Nelson等发现纳米钛/环氧树脂复合材料比纯环氧树脂和微米钛/环氧树脂复合材料在60Hz流电情况下具有更高的电气强度。微米颗粒降低了环氧树脂的电性能，纳米颗粒则提高了环氧树脂的电性能。为达到更好的导热性能和电性能，分别采用纳米氧化铝颗粒和微米氧化铝颗粒制备氧化铝/环氧树脂复合材料，并分析比较两种粒子对氧化铝/环氧树脂复合材料的影响。

当纳米氧化铝含量较低时，加入纳米氧化铝颗粒到环氧树脂降低了环氧树脂的击穿强度，当纳米氧化铝质量分数达到 5wt%时，纳米氧化铝/环氧树脂复合材料的击穿强度超过了纯环氧树脂的击穿强度。加入微米氧化铝颗粒到环氧树脂降低了环氧树脂的击穿强度，当微米氧化铝质量分数达到 20wt%时，击穿强度几乎下降了一半。在微、纳米氧化铝/环氧树脂复合材料微米氧化铝质量分数在 10wt%时，随着纳米氧化铝质量分数的提高，击穿强度逐渐增大，但比纯 10wt%微米氧化铝/环氧树脂复合材料击穿强度低。纳米氧化铝/环氧树脂复合材料比微米氧化铝/环氧树脂复合材料击穿强度高。

随着 A150 纳米氧化硅质量分数的增大，纳米氧化硅/环氧树脂复合材料击穿强度随含量增加而增大，当纳米氧化硅质量分数达到 3wt%时，纳米氧化铝/环氧树脂复合材料的击穿强度高于纯环氧树脂的击穿强度。往环氧树脂中加入 3wt%疏水性 R974 纳米氧化硅颗粒后，其击穿强度降低，而 3wt%亲水性 A150 纳米复合材料击穿强度高于纯环氧。亲水性无机颗粒更适合亲水性环氧树脂。

由于纳米颗粒能够在一定程度上有效改善复合材料的电气性能，因此自 2000 年以来，从材料制备、材料微观结构表征、材料机械性能以及介电性能等方面进行工作。在大量实验数据的基础上，用于解释各种实验现象和实验规律的微观模型得以建立。并在解释复合介质击穿场强、耐电树枝化以及耐长期电老化性能方面能够很好地与实验现象相符。

纳米氧化铝颗粒巨大的比表面积能够与环氧大分子及其链之间形成紧密连接从而影响环氧固化物的电气性能。与纳米氧化铝颗粒相比，单个微米氧化铝颗粒过大，比表面积太小，化学活性很差，很难像纳米氧化铝颗粒一样能够与环氧树脂形成紧密结构。微米氧化铝颗粒表面与环氧树脂间的松散结构引入更多导致环氧复合材料击穿强度降低的缺陷。相对纳米氧化铝环氧复合材料，起始电子在较低场强下即可破坏微米氧化铝颗粒与环氧树脂间的松散结构。在高场强作用下，微米氧化铝颗粒与环氧树脂间的缺陷使起始电子更容易移动，并随着起始电子的撞击，产生更多的电子，从而降低了击穿强度。

添加无机颗粒到环氧树脂当中都会引入缺陷，这种缺陷会降低基体材料的击穿强度。微米颗粒并不具备阻挡击穿通道的作用，而纳米颗粒需要添加到一定量的时候该作用才会显现，然而添加纳米复合材料制备技术非常关键，当纳米添加量达到一定的程度时（如 10wt%），纳米分散将十分困难，需要更高级的分散技术。纳米和微米无机颗粒的添加将对基体材料引入一定的缺陷，这些缺陷可以来自于制备过程中的搅击穿时（3kV/s 电压上升速率），其缺陷对击穿强来说是致命的。而在做长时间的电老化等实验时（固定电压下电侵蚀实验），材料内部的电树会慢慢生长，这时候纳米和微米阻挡电树生长通道的作用将会显现，其作用盖过缺陷而提高复合材料的耐电强度，在之前的研究中已经发现了短时击穿和电树老化实验中，纳米和微米无机颗粒对复合材料的作用是不一样的。

亲水性和疏水性无机颗粒/环氧树脂复合材料击穿强度实验结果证明了两种无机颗粒对亲水性环氧树脂击穿性能的影响。用环氧树脂是极性非常大的分子，是亲水性环氧分子，易于与亲水性分子结合，不易与疏水性分子结合。A 系列纳米氧化硅具有亲水性的表面性质，R系列纳米氧化硅具有疏水性的表面性质，因此，A系列易于与所用环氧树脂结合而 R 系列不易与所用环氧树脂结合。加入 R 系列纳米氧化硅颗粒其击穿强度比纯环氧树脂低，而加入 A 系列纳米氧化硅其击穿强度高于纯环氧树脂。疏水性纳米氧化硅较亲水性纳米氧化硅来说使得环氧树脂复合材料的击穿强度降低更多。亲水性纳米氧化硅相对更合适添加到亲水性环氧树脂中。