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硅橡胶复合材料的电绝缘性能、耐电老化性能优异,广泛应用于复合绝缘子、防污闪涂料和电缆应力锥等高电压绝缘领域。但随着国家“三纵三横一环”特高压能源安全输电战略的实施,大容量、长距离输电线路的安全问题再次突显。其中,硅橡胶绝缘防护性能提升的要求日益迫切。利用纳米材料提高聚合物基复合材料性能的研究由来已久。研究表明,传统微米颗粒添加量大、功能单一,而少量纳米颗粒便可以显著提高电介质的电气性能,如降低复合材料的介电常数、提高体积电阻率、提高击穿强度。但纳米颗粒的均匀分散和有机/无机界面,始终是影响硅橡胶性能提升的难点。本论文针对上述问题,使用两种方法进行改进:首先,对纳米颗粒进行表面改性设计,以提高其分散性;使用亚微米或者微米级的纳米结构颗粒,结合大尺寸颗粒容易分散的特点,并保留纳米颗粒的优点。探索了颗粒的纳米尺度、纳米形貌和多级结构对硅橡胶电气性能的影响,主要研究内容和结果如下:（1）纳米氧化镁对硅橡胶电气性能的影响通过溶胶-凝胶法及高温煅烧过程（800℃和1000℃）,制备了两种表面活性的纳米氧化镁（分别标记为Mg0800和MgO1000）,并用十二烷基三乙氧基硅烷（标记为C12）对其进行改性,得到改性纳米氧化镁（标记为MgOC12）。研究结果表明:随着煅烧温度的升高,颗粒粒径和结晶度增大,表面活性降低,吸附氧和吸附水含量减少;颗粒经过有机改性后,表面疏水化。MgO与硅橡胶基体相容性差,界面结合弱,即使通过表面改性,MgOC12在基体中均匀分散,复合材料的拉伸性能和击穿强度的提高也有限,且颗粒含量较高时,击穿强度稍有下降。由于纳米MgO可以有效束缚载流子的迁移,并捕获自由基,复合材料的热稳定性和体积电阻率显著提升。当MgOC12含量为3 phr（parts per hundred rubber）时,硅橡胶的起始热分解温度提高69.8℃,体积电阻率达到最大,为7.7×1016 Ω·cm。（2）空心二氧化硅微球对硅橡胶电气性能的影响利用聚苯乙烯微球作为模板,通过溶胶-凝胶法及模板煅烧过程,制备了壁厚分别为15 nm和35 nm的空心二氧化硅微球（Hollow Silica Spheres,分别标记为HSS15和HSS35）,采用stober法制备了实心二氧化硅微球（Solid Silica,标记为SS）。研究结果表明:亚微米级的HSS和SS颗粒在基体中分散均匀,而纳米二氧化硅虽然经过强力剪切分散,仍然存在团聚体。相比于HSS35和SS,HSS15颗粒的比表面积大,表面粗糙、有破孔,这种特殊的纳米形貌,有利于增强颗粒和基体之间的界面相互作用,使硅橡胶的拉伸性能、热稳定性和击穿强度显著提高。当HSS15含量为5 phr时,复合材料的击穿强度最大提高37.7%,这主要归因于HSS15与基体之间的强界面相互作用、颗粒对电子破坏通道的阻挡作用以及对基体的保护作用;硅橡胶的起始热分解温度提高75.6℃。由于界面区域对载流子的束缚作用,降低了载流子的浓度和迁移速率,HSS15使硅橡胶的体积电阻率明显上升。纳米二氧化硅因分散不均匀,颗粒和基体的界面结合较弱,对硅橡胶电气性能的增强作用并不明显。（3）多孔玻璃微珠对硅橡胶电气性能的影响以玻璃微珠（Hollow Glass Microsphere,标记为HGM）为原料,在水热条件下,通过碱刻蚀的方法,制备了表面多孔的玻璃微珠（标记为HGM-1）和通孔结构的玻璃微珠（标记为HGM-2）。研究结果表明:HGM-2由于丰富的孔结构和高比表面积,与硅橡胶基体的界面结合强度高,明显提高了硅橡胶的拉伸强度和断裂伸长率;由于微球对基体的保护作用及强的界面结合,硅橡胶的热稳定性提高;由于界面层对载流子迁移的限制,低含量（<5 phr）的HGM-2提高了硅橡胶的体积电阻率;由于HGM-2对基体的保护作用、对电子破坏通道的阻挡作用以及强界面相互作用,硅橡胶的击穿强度最大提高22.3%,这对于微米尺寸的颗粒来说是很少见的。但碱刻蚀反应导致HGM-2颗粒表面氢氧根离子和羟基增多,加上颗粒尺寸大、孔结构复杂,复合材料的偶极子极化和界面极化增大,介电常数和介电损耗上升。HGM-1表面多孔,对硅橡胶拉伸性能的增强不如HGM-2,而且由于杂质离子的存在,复合材料的体积电阻率和击穿强度略有下降。