铂负载镁铝层状双氢氧化物促进硅橡胶表面高效陶瓷化及其抗电弧烧蚀机制研究

　　为解决高压电力系统中硅橡胶(SR)因污闪放电导致的表面电弧烧蚀问题，研究人员受芝麻饼干启发，通过静电吸附将铂(Pt)锚定在镁铝层状双氢氧化物(LDH)表面，开发出Pt@LDH/SR复合材料。该材料利用Pt@LDH的限域热交联陶瓷化效应，在1000℃高温下形成致密陶瓷屏障层，使复合材料通过1A4.5级抗电弧测试，有机-无机转化率达68.8%，显著提升硅橡胶的耐电弧烧蚀性能。

　　

高压输电线路的绝缘材料长期面临严峻挑战——硅橡胶(SR)表面在潮湿、盐雾等环境下易积累污染物，引发漏电流和干带电弧放电，最终导致材料表面出现不可逆的碳化通道（称为"电弧烧蚀"）。这种现象如同给电力系统埋下"定时炸弹"，传统解决方案需添加超过50wt%的无机氢氧化物，却会牺牲材料机械性能。更棘手的是，硅橡胶在强电弧作用下主要发生分子链断裂式热降解，难以快速形成耐烧蚀的陶瓷保护层。

华南理工大学的研究团队从芝麻饼干的结构中获得灵感，创新性地将铂纳米颗粒(Pt)负载于镁铝层状双氢氧化物(LDH)上，制备出Pt@LDH/SR复合材料。研究发现，这种结构能像"纳米烤箱"般在高温下诱导硅橡胶发生限域热交联陶瓷化，最终在《Applied Surface Science》发表的研究成果显示：当Pt@LDH含量为1.6phr时，复合材料不仅通过严苛的1A4.5级抗电弧测试，其高温陶瓷化转化率更达到68.8%，烧蚀质量损失仅0.79%。

研究采用三大关键技术：1) 通过共沉淀-静电吸附法制备Pt@LDH催化剂；2) 采用X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)表征材料结构；3) 通过标准IEC 60587测试评估抗电弧性能。其中LDH的层状结构不仅作为铂纳米颗粒的"锚定点"，其热解释放的水分子还能降低表面温度，形成"双保险"保护机制。

材料制备与表征
XRD显示Pt@LDH保留了LDH的特征层间距(11.3°对应003晶面)，FTIR证实铂成功负载。透射电镜观察到铂纳米颗粒均匀分散在LDH片层上，这种结构有效抑制了高温下的铂颗粒团聚。

抗电弧性能突破
在15kV/100mA的强电弧轰击下，普通SR表面出现深度碳化，而Pt@LDH/SR表面形成连续陶瓷层。机理研究表明：LDH作为"骨架"支撑熔融态硅橡胶，同时Pt催化Si-O-Si键重组，促使有机硅向无机SiO₂
转化，这种"陶瓷装甲"使电弧能量被反射和耗散。

高温陶瓷化行为
热重分析显示，1000℃热处理后Pt@LDH/SR残炭率显著提高。扫描电镜观察到陶瓷层呈现"砖-泥"结构，其中LDH分解产物(MgO/Al₂
O₃
)作为"砖块"，SiO₂
作为"泥浆"填充间隙，这种结构使材料导热系数提升3倍。

该研究开创性地将贵金属催化与层状材料限域效应相结合，解决了硅橡胶在极端条件下"陶瓷化速度滞后于降解速度"的核心矛盾。Nanchuan Xue和Chengkai Li作为共同第一作者强调：Pt@LDH的"一剂多效"特性——既是催化剂又是陶瓷前驱体，相比传统填料用量减少90%以上。这项技术为开发新一代高可靠性绝缘材料提供了范式，对于保障特高压电网在沿海、工业污染等恶劣环境下的安全运行具有重要战略意义。