高压直流电力设备或部件中绝缘材料通常会存在电场分布不均匀以及空间电荷积聚现象，这将加速绝缘材料的劣化和老化，严重威胁着高压直流电力设备或部件的安全运行和使用寿命。非线性电导复合绝缘材料具有自行均化电场分布、抑制表面或者空间电荷积聚的作用，有利于提高产品的可靠性和结构紧凑性，在电力和电子设备中具有广阔的应用前景。目前，非线性电导复合绝缘材料主要以高填料浓度的微米级和纳米级填料掺杂的聚合物基复合材料为主，但是关于低填料浓度的非线性电导纳米复合绝缘材料的研究却鲜有报道。本文以填料浓度不超过10wt%的纳米复合材料为研究对象，研究纳米复合材料的非线性电导机理、非线性电导特性以及电荷输运特性，有利于完善非线性复合绝缘材料的非线性电导机理，对于新型的非线性电导复合绝缘材料的开发和应用具有重要的理论意义和工程意义。
本文主要以环氧/碳化硅(SiC)纳米复合材料为研究对象，采用玻璃化转变温度测试和介电谱测试表征了分子链的运动特性和极化特性。采用直流电导特性测试研究了电场、温度、填料类型以及填料浓度对纳米复合材料非线性电导特性的影响。采用热刺激电流测试和表面电位衰减测试研究了体陷阱特性和表面陷阱特性，并且分析了体陷阱参数以及表面电荷输运与非线性电导特性的关联性。
首先，通过玻璃化转变温度和相对介电常数与填料浓度之间的变化关系，证实了在环氧/碳化硅纳米复合材中界面交互区的存在。在此基础上，结合多区模型，考虑了键合区与过渡区的界面势垒以及Poole-Frenkel效应对载流子密度的影响，并且考虑了载流子迁移方式，建立了非线性电导模型。以载流子为电子的情况为例，获得了纳米复合材料中的自由电子密度和迁移率，进而获得了电导率和电流密度与外施电场强度之间的变化关系。
其次，分析了电场、温度、填料类型以及填料浓度对环氧/碳化硅纳米复合材料电导特性的影响规律，证实了本文所制备的环氧/碳化硅纳米复合材料具有一定的非线性电导特性。利用本文提出的非线性电导模型能够很好地解释环氧/碳化硅纳米复合材料的非线性电导特性。分析了填料浓度对环氧/碳化硅纳米复合材料的深、浅体陷阱的陷阱能级和陷阱电荷量的影响规律。讨论了环氧/碳化硅纳米复合材料的非线性电导特性(即，电导率和非线性指数)与体陷阱参数之间的关联性。浅陷阱和深陷阱的能级降低将导致电导率的增加,也将有助于提高环氧/碳化硅纳米复合材料的非线性指数。
最后，以表面电位衰减模型为基础、结合浅陷阱和深陷阱模型以及等温松弛电流模型，建立了表面陷阱分布的计算模型。在该表面陷阱分布的计算模型基础上，分析了空间电荷分布形式即，均匀分布、线性分布和指数分布、填料浓度、充电极性对环氧树脂基纳米复合材料表面陷阱分布的影响规律。还分析了充电电压等级和填料浓度等对表面电位衰减特性的影响规律。结合表面电位衰减模型和非线性电导特性，建立了表面电荷输运与非线性电导特性之间的关联性，较好的非线性电导特性将使纳米复合材料表面电位衰减的平均衰减速率提高，有利于表面积聚电荷的消散。