直流绝缘沿面闪络是输变电装备中关键的电气绝缘问题，其研究对于电力设备安全运行具有重要意义。为了提高电力设备运行和电气绝缘材料可靠性，一方面需要探索直流沿面闪络的产生机理和发展过程，另一方面需要寻找提高绝缘材料沿面闪络性能的有效方法。纳米电介质是国际电气领域研究的前沿和热点，对电气绝缘中常用聚合物进行纳米复合能够明显改善基体介电性能，因此研究纳米复合对沿面闪络性能的影响具有重要价值。本文以环氧基纳米复合电介质为研究对象，通过多种纳米复合改性方法调控其陷阱特性，重点建立陷阱与直流沿面闪络的关联，明确沿面闪络发生环境中的主要对象即固体介质、气体环境和气固界面中各因素在直流沿面闪络中的作用，提出能够对直流沿面闪络过程进行合理解释的理论模型。研究工作为气固界面直流沿面闪络机理、环氧基纳米复合电介质性能提高方法提供学术指导，为新型高性能电气绝缘材料研发、电力设备安全运行等方面的应用提供实验依据和理论基础。
通过改变纳米填料种类（Al2O3、TiO2、石墨烯）、含量、表面改性（偶联剂嫁接、表面沉积壳层）等纳米复合方法获得了多种环氧基纳米复合电介质。采用扫描电子显微镜和红外光谱等方法证明了硅烷偶联剂对填料与基体的相容性、填料的分散性、交互区作用强度等的提高作用。并采用透射电子显微镜、原子力显微镜、热重分析、差式扫描量热仪和宽带介电谱等方法表征了纳米复合电介质的微观形貌和界面区理化性质，认为低含量（不大于1　wt%）纳米Al2O3或TiO2掺杂能够限制分子链转动和载流子迁移能力。
分别采用热刺激电流和表面电位衰减表征了纳米复合电介质的体内和表层陷阱特性，提取并表征了体内2.8　eV、0.9　eV和0.6　eV附近的三种陷阱，并详细表征了表层0.98　eV和1.04　eV附近的两种陷阱深度和密度，认为纳米Al2O3掺杂主要调控陷阱深度，而纳米TiO2掺杂主要调控陷阱密度，并且体陷阱与表层陷阱特性存在正相关的线性对应关系。进一步通过量子化学计算分析发现纳米复合影响了复合体系的电子陷阱，基于此优化了交互区势垒模型。分子建模计算得到的体表陷阱特性与实验测试值有较好的对应关系。
采用电流积分法测试研究了纳米复合、电压和温度对纳米复合电介质表层电荷注入特性的影响。发现室温下纯环氧在12　kV/mm下开始有明显电荷注入，温度和电压的升高均增强了电极处的电荷注入，而适量纳米TiO2或Al2O3掺杂能够抑制表面电荷注入（注入阈值场强分别提高至20　kV/mm和18　kV/mm）。提出用电荷注入系数k表征介质的电荷注入和积聚特性，认为纳米复合使电子陷阱深度增加，增强介质表层电荷入陷和积聚，降低注入系数，提高注入阈值场强，抑制了电子的进一步注入。电荷注入系数的提高有利于直流沿面闪络电压的提高。
实验研究了纳米复合和改变气体环境（N2、空气、CO2、SF6、真空等）下的直流沿面闪络电压，对比分析了环境气体的重要介电参数，测试获得了表面电导率、二次电子发射系数，计算提取了载流子迁移率和表面电荷密度等关键表面介电参数。认为直流沿面闪络电压的提高一方面源于纳米复合提高了陷阱能级（纳米Al2O3）或深陷阱密度（纳米TiO2），陷阱的捕获作用降低了迁移率、二次电子发射和表面电荷密度，同时抑制了三结合点处初始电子发射；另一方面由于环境气体绝缘强度增大或电负性增大，减少了气相表层中的碰撞电离。实验研究了电介质表层吸水对气固界面直流沿面闪络电压的影响，间接反映表层气体分子的吸附和脱附能力，认为纳米复合导致的微观结构的变化如自由体积增大、界面缺陷增多是影响表层吸附脱附的主要原因，表层气体能够影响气固系统的直流沿面闪络过程。综合考虑了纳米复合电介质的陷阱、电荷注入、表层吸附与脱附、二次电子发射、气体分子碰撞电离等电荷输运特性，提出气固因素共同作用的直流沿面闪络过程模型。
综上所述，本文表征和分析了环氧基纳米复合电介质受纳米复合调控的陷阱特性，建立了陷阱与直流沿面闪络性能的关联，提出了直流沿面闪络的理论模型，对推进气固绝缘系统直流沿面闪络机理研究和绝缘电介质性能提高方法等具有重要学术和应用意义。