从聚酰亚胺单分子链电荷陷阱特性的改变探讨体材料的沿面放电现象.pdfVIP

物

理

学

报

Acta

Phys.

Sin.

Vol.

71,

No.

5

(2022)

052101

从聚酰亚胺单分子链电荷陷阱特性的改变

探讨体材料的沿面放电现象*

李亚莎

夏宇

刘世冲

瞿聪†

(三峡大学电气与新能源学院,

宜昌443002)

(2021

年8

月31日收到;

2021

年10

月14日收到修改稿)

沿面放电是破坏绝缘系统性能的原因之一.

聚酰亚胺常用于高频电力设备的气-固绝缘中,

为此利用密

度泛函理论,

从原子分子层面探讨了在外电场下聚酰亚胺及其受极性基团OH影响后的单分子链结构、能级–

与态密度、静电势、激发态等微观参数对陷阱形成以及沿面放电的影响.

结果表明,

外电场下,

聚酰亚胺分子

结构卷曲,

偶极矩增加,

易于积聚电荷形成空间电荷中心,

尤属引入极性基团OH后变化较明显;

聚酰亚胺分–

子中,

苯环区域形成空穴陷阱,

酰亚胺环区域形成电子陷阱,

且电子陷阱能级的数量较多,

其中空间电荷陷阱

深度随外电场的增加逐渐变深;

聚酰亚胺分子在引入极性基团OH后激发能降低,

使得分子内部的电子变得–

容易被激发;

电子与空穴的空间分离度随电场增加而降低,

利于空穴与电子的复合而发出光子.

关键词：密度泛函理论,

陷阱,

激发态,

沿面放电

PACS：21.10.Ft,

31.15.E,

77.84.JdDOI:10.7498/aps.71

介质间电子输运特性以及陷阱的影响,

便显得较为

1

引言重要.

在现有文献中,

对聚酰亚胺界面处沿面放电的

沿面放电现象一直影响着高压电气设备的稳研究,

主要集中在以高频放电试验平台、反应分子

定运行,

它的实质是中性气体分子中产生了有效电动力学以及数值仿真模型计算等方法[6−10]来探讨

子,

并在电场的作用下发展为沿固体绝缘介质表面电压频率、气体分解吸附、活性离子冲击作用、带

的电子崩和流注等一类有害的放电现象.

绝缘材料电粒子累积效应对放电的影响,

揭示了沿面放电与

中,

聚酰亚胺因具有高击穿强度而被应用于高频输空间电荷分布、聚酰亚胺介质表面电荷积累有关.

[1,2]对于分子中的陷阱,

它通过影响电荷的入陷、脱

变电装备的绝缘之中,

这些高频电力设备大多

[3]陷、复合等过程,

进而影响电荷的能量与数量,

其

采用空气-聚酰亚胺构成的气-固绝缘系统.

在不同因素的影响下,

空气-聚酰亚胺绝缘系中脱陷后的电子会不断