非晶、纳米晶电极材料具有与常规电极明显不同的特异燃弧行为,人们对于其规律和机理尚缺乏明确的认识。本项目以CuZrTi非晶合金、纳米晶CuCr、AgSnO2、CuC合金等几类具有典型显微组织特征的非晶、纳米材料为研究对象,用高速摄影技术观察记录电极表面电弧萌生、扩展和熄灭过程,检测非晶结构、晶界、晶粒和纳米级第二相等显微组织微区的场致发射和电弧萌生规律。发现非晶合金表面电弧呈随机的连续扩散运动,运动速度和范围较常规电极材料显著提高;具有均匀显微组织的纳米晶合金表面宏观电弧特征与非晶合金类似,电弧呈随机高速连续扩散运动;纳米复合电极材料表面的电弧行为决定于纳米级第二相的形态和分布,电弧弧根集中在功函数低的第二相表面。改变了人们只能在宏观上用外加磁场调控电弧的现状,提出在微米量级控制电弧行为和运动模式的微观调控新概念,实现了用改变电极材料显微组织的方法任意调控电弧运动轨迹和方式。应用数理模型推导了电弧特异行为所对应的电极材料特征显微尺寸判据,并将这种模型推广应用于材料的热学性能,得出了封装材料均匀导热的特征显微组织尺寸。研究结果对于电弧理论发展及指导新型电学、热学材料组织设计具有重要意义。
英文主题词arc; electrode materials; microstructure; featured size; microscale modulation