基于密度泛函理论的变压器绝缘油电老化机理研究

为研究绝缘油在电场作用下的老化机理,构建了3种碳原子数为15的绝缘油烃分子模型,利用基于密度泛函理论的M06-2X泛函对分子模型在电场作用下的微观反应进行了模拟。结果表明:3种烃分子随电场的增加呈现出大致相同的变化趋势,但存在着一定的差异。随着电场强度的增加,分子的空间结构逐渐舒展开来,总能量和动能逐渐减小,势能逐渐增大,偶极矩逐渐增大,导致分子的稳定性逐渐降低。分子最高占据轨道与最低未占据轨道分别在分子链两端表现出亲电反应活性和亲核反应活性,能隙随电场的增加逐渐减小,分子链端部原子反应活性较强。其中,链烷烃在3者中分子最不稳定,最容易发生化学键断裂,导致分子裂解;环烷烃和芳香烃会先发生开环反应导致分子链的裂解。

基于密度泛函理论的外电场下C5F10O的结构及其激发特性

采用密度泛函(DFT)B3LYP/6-311g(d)对C5F10O分子进行几何结构优化,研究外加电场(0-0.03 a.u.,1 a.u.=5.142×10^11 V/m)对分子的几何结构、能量、前线轨道能级、红外光谱的影响.在相同基组下,采用TD-DFT方法计算和分析C5F10O的轨道成分和激发特性.研究表明:随着电场增加,5C-15F与4C=16O键能逐渐减小,键长增大;13F原子的电荷布居数变化最快,更容易在外电场力的作用下失去电子;分子体系势能不断增加,稳定性逐渐减低;能隙EG值不断减小,分子更容易激发到激发态参与到化学反应中.红外光谱中,4个吸收峰发生蓝移,4个吸收峰发生了红移.使用空穴-电子分析法,指认了C5F10O分子前8个单重激发态的激发特征.第一激发态的激发能微小增长,波长减小,出现蓝移;其余激发态的激发能均降低,波长均变长,发生红移,导致C5F10O分子中的电子变得越来越容易激发,体系的稳定程度减小.

基于有限元分析的直流XLPE电缆内部电场仿真

电缆在长期带电运行过程中,其内部会产生电树枝。为了研究电树枝对电缆内部电场和空间电荷分布的影响,建立了含有三维电树枝的交联聚乙烯电缆模型。使用有限元分析软件进行建模,对所建立的电缆和电树枝模型采用二阶四面体单元剖分,由有限元软件分析计算出模型各个节点上的电压分布,由电位的负梯度计算出各个节点上的电场强度,对电位移矢量求其散度就可计算出各节点的电荷密度。结果表明:在温度和电场的共同作用下,电树枝各个位置的电场强度值和电荷密度值之间的差距减小;电树枝主干的长度越长,主干的末端处电场强度值越大;电树枝离高压侧绝缘层边界越远,其各个位置的电场强度值均减小。

外电场下C4F7N分子的结构与特性

C4F7N作为优质的SF 6环保型替代气体而备受关注.为了研究外电场对C4F7N分子结构和性能的影响,本文采用密度泛函明尼苏达M06-2X方法分别在6-311g(d,p)基组和aug-cc-pVTZ基组水平上对C4F7 N分子进行优化,分析了不同外电场(0-0.040 a.u.,1a.u.=5.142×1011 V/m)作用下分子的结构和能量变化,外电场对分子红外光谱、ADCH电荷、偶极矩以及极化率的影响.研究结果表明:随着电场的增强,分子各键长均发生变化,其中R(1,4)、R(4,5)、R(1,12)、R(2,7)变化明显,R(1,4)、R(4,5)键长逐渐伸长,R(1,12)、R(2,7)键长逐渐缩短,分子总能量降低,偶极矩和极化率升高,C 4 F 7 N分子稳定性随着电场的增强而降低;分子红外光谱高频区吸收峰较为密集,且既有红移也有蓝移;ADCH原子电荷发生显著变化.

基于密度泛函理论的外电场下双酚A型环氧树脂分子的结构及特性

采用密度泛函m062x的方法在6-31g(d)基组上对双酚A型环氧树脂分子进行优化得到了它的稳定结构,并且研究了不同外电场(0-0.013 a.u.,1 a.u.=5.142×1011 V/m)作用下双酚A型环氧树脂分子的分子结构、电偶极矩和分子总能量,偶极矩、极化率、前线轨道的能级和成分,原子之间的键能和红外光谱的变化.研究表明:随着外加电场的增大,双酚A型环氧树脂分子从倒V型结构逐渐变成线性结构,总能量降低,偶极矩和极化率都升高,且双酚A型环氧树脂分子的稳定性随着外加电场的增大而降低;最高占据轨道能级随着外加电场的增大而增大,沿逆电场方向分子链端表现出亲核反应活性,最低空轨道能级随着外加电场的增大而减小,沿电场方向分子链端表现出亲电反应;位于分子两端环氧基团上的C-C,C-O容易发生断裂,进而破环了双酚A型环氧树脂分子的稳定性;分子红外光谱在高频区的吸收峰出现了明显的红移现象.

基于密度泛函理论的外电场下c-C4F8的结构及其特性

采用密度泛函理论CAM-B3LYP/DGDZVP2对c-C4F8进行优化计算,得到基态分子结构.在该结构基础上施加线性外电场(0~10.284 V·pm^-1),获得了c-C4F8的几何特性、能量、前线轨道能级、键能和红外光谱数据.结果表明:当电场沿x轴变大时,c-C4F8的点群从D2d变为C1,偶极矩和极化率不断增大,结构稳定性降低;分子总能量和能隙不断减小,且C(4)-F(10)键的键能降低速度最快,最有可能率先在外电场作用下断裂,导致c-C4F8结构和对称性被破坏.同时c-C4F8的绝热电子亲和能单调上升,分子吸收自由电子的能力增强;红外光谱中,吸收峰的个数增加,4个主要吸收峰发生了红移.

氧空位浓度对氧化锌电阻阀片电学性质的影响

为研究氧空位浓度对氧化锌电阻阀片电学性质的影响,在微观层面上模拟了5种不同氧空位浓度的ZnO晶体模型.基于第一性原理计算了各模型体系的晶体结构、氧空位形成能、能带结构、态密度、载流子有效质量及电导率等.结果表明,随着氧空位浓度的增加,晶格常数和体积均随之减小,导致ZnO晶粒尺寸减小,单位厚度的晶界数量增加和压敏电压增大,氧空位形成能逐渐增大,高浓度氧空位形成越困难.在含有氧空位的体系中均产生了深能级电子陷阱,并且不同氧空位浓度产生的深能级电子陷阱俘获载流子的陷阱效应不同.在温度一定时,随着氧空位浓度的增加,ZnO的电导率逐渐减小,导电性能变弱,所得结果与实验相一致.