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随着电压等级和输送功率的提升,高压直流输电技术和新型电力系统中碳化硅（Silicon Carbide,Si C）大功率电力电子器件的封装绝缘问题面临巨大的挑战。传统的硅基器件封装绝缘材料已无法满足Si C器件对更高温度、高电压的要求,亟需开发耐高温、耐高电压、具有优良热导率和性能的新型封装绝缘材料,提升封装的高温工作可靠性。因此,为了提升封装绝缘材料的电-热综合性能,本文以环氧树脂（Epoxy Resin,EP）为基体制备了EP/氮化铝（Aluminum Nitride,Al N）纳米复合材料以及EP/Al N微纳米复合材料,研究了高温强场对环氧树脂复合材料的电气性能和热性能的影响机理,并采用量子化学计算（Quantum Chemical Calculation,QCC）从微观的角度研究了电场对纯环氧树脂和EP/Al N纳米复合材料中陷阱的作用机制,取得的主要成果如下:提出了新型EP/Al N复合材料的制备工艺,建立了高温电气性能测试系统,阐明了纳米Al N颗粒对EP/Al N纳米复合材料电-热综合性能的提升机理。结果表明,1 wt%纳米Al N颗粒的填充能有效抑制空间电荷积聚、使材料电导率保持稳定并降低其初始表面衰减电位以及高频下的介质损耗,1 wt%试样的击穿场强提升率22.8%。EP/Al N纳米复合材料中1 wt%纳米Al N颗粒的填充可以明显抑制试样内部的电场畸变。纳米Al N颗粒降低了环氧树脂中浅陷阱密度但提升了浅陷阱能级,有助于提高空间电荷的注入势垒,抑制了空间电荷的注入和积聚。1 wt%纳米Al N颗粒的填充有助于提升环氧树脂的热导率、降低其质量损失并有效提高其玻璃化转变温度（Glass Transition Temperature,Tg）,纳米Al N颗粒在试样中的均匀分布可以显著提升环氧树脂的电气性能和热性能。揭示了微米Al N和纳米Al N颗粒对EP/Al N微纳米复合材料电气和热性能改善作用的物理机制。研究发现EP/Al N微纳米复合材料中3 wt%的纳米Al N颗粒填充抑制了试样内部的空间电荷积聚、降低了试样内部的电场畸变率并改善试样内部的电场分布。单一的微米Al N颗粒填充增大了环氧树脂的电流密度,降低了材料的活化能,使得试样内部出现明显的电场畸变和电荷积聚,从而降低了环氧树脂的击穿场强。EP/Al N微纳米复合材料中陷阱密度的下降限制了材料内部电荷输运过程,从而抑制了空间电荷的注入和积聚,3 wt%的纳米Al N颗粒填充使试样的直流击穿场强提升了71.4%。此外,硅烷偶联剂改性的微纳米Al N颗粒可以均匀分散在EP/Al N微纳米复合材料中,显著提升了环氧树脂的热导率和Tg,降低其质量损失和热损耗,从而改善其热稳定性。揭示了高温强场下不同微纳米Al N含量对EP/Al N微纳米复合材料电荷动力学特性的影响规律,提出了高温强场下微纳米Al N颗粒对EP/Al N微纳米复合材料电荷输运影响的物理模型。研究结果表明,高温强场下EP/Al N微纳米复合材料具有良好的空间电荷特性。高温强场下微纳米Al N可以促进阳极附近的异极性电荷积聚转化为同极性电荷积聚,改善了试样内部的电场分布。高温下质量分数比为20:3的微纳米Al N颗粒填充使环氧树脂的直流击穿场强提升了45.3%,降低了电荷载流子的迁移率,增强了试样中电荷的衰减过程,提高了空间电荷注入的势垒,而且试样的陷阱能级分布保持稳定。EP/Al N微纳米复合材料中质量分数比为20:3的微纳米Al N颗粒填充降低了高温下试样的质量损失和热流,提高了其Tg和热稳定性。构建了量子化学计算陷阱模型,阐明了纳米Al N颗粒对EP/Al N纳米复合材料电气性能提升的微观物理机制。结果表明,合成后纯环氧树脂和EP/Al N纳米复合材料的H-L能级间隙均显著下降,而且单体反应后的轨道能级不是各单体轨道能级简单的算术叠加。直流电场作用下纯环氧树脂的费米能级发生变化且费米能级附近的态密度明显下降,两侧的态密度向费米能级迁移。电荷在输运过程中积聚的动能低易被深陷阱捕获,从而导致环氧树脂中空间电荷的积聚。相比于纯环氧树脂,直流电场作用下EP/Al N纳米复合材料的H-L能级间隙、费米能级和电势能不变,能级轨道的分布也无明显的变化,且未发生明显的电荷迁移。EP/Al N纳米复合材料电子陷阱的势垒明显提高,使得负极性电荷不易发生注入和积聚,而且空穴陷阱仍然保持较高的注入势垒,正极性电荷不易于从电极注入而形成空间电荷的积聚。综上所述,EP/Al N微纳米复合材料中的纳米含量需随着微米含量的提升而提升,质量分数比为20:3的高含量微纳米Al N颗粒配比在环氧树脂中的均匀分散可以有效提升高温强场下环氧树脂的电-热综合性能。