聚合物介质材料是高电压工程、电力电子、微电子器件中常用的绝缘材料，然而在设备小型化和集成化的应用过程中也存在一些突出问题，如直流电场下的空间电荷的积累。当空间电荷在聚合物内部积累时，局部电场的提高、材料的解离和电-机械应力的积累，都可能加速聚合物绝缘的老化。纳米技术的出现，为解决聚合物内部空间电荷积累等问题提供了较经济的技术解决方案。目前，通过聚合物纳米复合介质微观结构和介电性能之间内在联系的理论研究，已经有很多学者提出了相关的理论，并建立了相关的模型。然而这些模型并不能完全解释所有复合介质的实验结果，特别是纳米颗粒如何影响复合介质内部电荷输运的问题，因此，有必要对纳米复合介质做进一步的实验和理论研究。本文采用机械共混法制备了低密度聚乙烯（low-density polyethylene，LDPE）和经疏水性表面处理剂处理过的纳米二氧化硅（silica）颗粒与LDPE的复合介质，测试了纳米颗粒填充浓度在0～5.0wt%范围、纳米颗粒粒径分别为7nm和16nm的复合介质中空间电荷、极化和退极化电流、准稳态直流电导，评估了纳米颗粒填充后LDPE/silica复合介质内部陷阱深度、密度的变化，探讨了纳米颗粒对复合介质内部电荷输运的影响，最后在此实验研究的基础上对纯LDPE和LDPE/silica纳米复合介质中空间电荷建立的动力学过程进行了数值模拟研究。由空间电荷短路去极化特性和直流电导特性可知：纳米复合介质中空间电荷明显积累的阈值电场和直流电导的阈值电场E-t基本一致，并且纳米颗粒对复合介质空间电荷积累和直流电导的影响仅在电场较高时才表现出来，低电场下的影响并不明显。在高电场下，纯LDPE内部在阳、阴电极附近都出现明显的异极性空间电荷积累，引入纳米颗粒后空间电荷积累发生变化：（1）颗粒填充浓度较低时，复合介质中异极性空间电荷积累量明显下降，而高场电导明显增大，并且空间电荷积累量和高场电导分别达到本文纳米颗粒浓度研究范围内的最小值和最大值；（2）颗粒填充浓度较高时，随颗粒填充浓度增大，复合介质内部积累的空间电荷极性从异极性转变为同极性，并且空间电荷积累量先升高后下降，但复合介质的高场电导随颗粒填充浓度逐渐下降。由电流去极化0.1~3600s的等温松弛特性评估出的纯LDPE内部陷阱深度约在0.71~0.98eV范围，且在此深度范围内存在三个明显的陷阱能级分布，表明0.1~3600s的去极化电流主要是由三类不同的深陷阱电荷释放形成。由空间电荷去极化2~3600s特性评估出的陷阱深度约在0.9~1.06eV，基本在等温松弛法评估出的范围内。填充纳米颗粒后，深度在0.71~0.98eV范围的深陷阱相对应的能级分布幅值和表征此范围深陷阱量的ε＂都明显下降，而且填充粒径7nm时的下降幅度比填充粒径16nm时的大，表明纳米颗粒的引入抑制了此深度范围内的深陷阱形成，且粒径越小抑制能力越强。纳米复合介质中，表征总陷阱浓度H的阈值电场Et-c随填充浓度的升高而升高，但在低填充浓度（1.0wt%附近）时小于纯LDPE的值，仅当填充浓度较高时才大于纯LDPE的值。为对纯LDPE和LDPE/silica纳米复合介质中空间电荷建立过程的动力学行为进行数值模拟研究，本文对载流子输运模型和数值算法进行了研究：（1）为描述杂质离子对聚合物内部空间电荷的影响，本文对模拟空间电荷响应的载流子输运模型进行了改进，在双极性载流子输运模型（Bipolar Charge Transport Model）基础上，引入了杂质离子输运模型；（2）为解决传统连续方程数值算法存在的振荡、负值和发散等影响模拟结果精度的问题，本文提出了基于Courant-Friedrichs-Lewy（CFL）条件的载流子密度变化合理区算法对数值模拟的结果进行简化修正。最后，基于双极性载流子和离子解离输运模型和数值算法，本文开发了图形化显示的数值模拟软件，实现了极化和去极化过程中聚合物内部载流子输运的数值模拟和观察。空间电荷的模拟和实验结果对比表明，单独的双极性载流子输运模型和杂质离子输运模型由于载流子源的局限性，使其仅能对同极性空间电荷积累和异极性空间电荷积累进行模拟，无法对纳米复合介质表面侧积累的空间电荷随填充浓度的极性变化，即从异极性空间电荷积累转变为同极性空间电荷积累的变化趋势进行模拟。本文在双极性载流子输运模型的基础上引入了杂质离子输运模型，模拟和实验结果对比表明，结合双极性载流子输运模型和杂质离子输运模型后，可对纯LDPE介质内部空间电荷的异极性积累、空间电荷积累的阈值电场特性都能进行很好的模拟，对纳米复合介质内空间电荷在去极化过程中的极性变化和空间电荷阈值电场特性亦能很好的模拟。