功能化石墨烯改性聚乙烯热力学特性的分子动力学模拟

聚乙烯绝缘材料在我国高压电缆中有着广泛的应用.为了提高其耐热稳定性和力学性能,利用石墨烯对聚乙烯进行掺杂改性,并基于分子动力学模拟的研究方法分别建立了低密度聚乙烯(LDPE)、石墨烯和3种官能团接枝石墨烯掺杂聚乙烯的复合模型.研究表明,相比石墨烯直接掺杂聚乙烯,羧基(-COOH)、氨基(-NH)和羟基(-OH)接枝石墨烯能够更加有效地提高聚乙烯的玻璃化温度(分别提高了16 K、7 K、5 K),减弱聚乙烯分子链的移动和降低聚乙烯的热膨胀系数、均方位移(MSD),从而使得聚乙烯复合体系的热学性能得到了有效增强.此外发现石墨烯的掺杂能够提高复合模型的力学模量,其中官能团接枝石墨烯改进效果更明显,室温下弹性模量和剪切模量的提升幅度由不接枝的33.98%、36.18%,提升到了44%和42.89%(羧基功能化体系).研究结果可为聚乙烯绝缘材料的热老化抑制和力学性能的改善提供有益的参考.

基于蚁狮算法优化极限学习机的变压器故障诊断

为提高变压器故障诊断的准确性,采用蚁狮优化算法对极限学习机的权值和阈值进行优化,建立基于蚁狮算法优化极限学习机的变压器故障诊断模型。采用训练样本集数据进行训练,根据训练误差确定ELM网络结构为5-13-6,利用训练好的ALO-ELM模型对训练样本集的数据进行故障诊断,并与其他故障诊断方法进行对比。结果表明,ALO-ELM模型诊断结果的综合正确率为98%,高于其他故障诊断方法,验证了所应用变压器故障诊断方法的正确性和有效性。

基于改进电磁检测技术的变电站混凝土构架钢筋锈蚀检测系统设计

针对变电站混凝土构架中钢筋锈蚀检测问题,考虑到传统电磁检测技术存在的局限性,本文设计了一种基于改进电磁检测技术的钢筋锈蚀检测系统。本系统根据LC振荡电路的原理,在变电站的钢筋混凝土结构中预埋入粗细不同的多根钢丝,电路的谐振频率会随着这些钢丝依次断裂而逐渐变大,通过测量其谐振频率的变化即可判断各钢丝的通断情况,进而判断混凝土结构中钢筋的锈蚀程度。同时本文采用直接测量读取电感两端电压幅频特性的方法判断钢丝通断状态,简化了系统电路且便于测量。

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.

SiO2表面改性对间位芳纶绝缘纸性能的影响

为了分析SiO2纳米颗粒表面接枝硅烷偶联剂KH550对间位芳纶绝缘纸(PMIA)性能的影响,利用分子动力学方法,建立了表面改性SiO2掺杂PMIA的复合模型。研究了表面接枝率分别为6%和12%的SiO2对PMIA玻璃化转变温度、热稳定性和力学性能的影响。结果表明:对纳米SiO2适当的接枝改性能够进一步提升间位芳纶绝缘纸的热稳定性和力学性能。与不接枝硅烷偶联剂的SiO2相比,表面接枝率为6%的SiO2对PMIA玻璃化转变温度的提升幅度更大,同时在均方位移方面展现出的减弱分子链运动能力以及在力学性能方面表现出的抗形变、抗剪切能力均更加突出。但当SiO2表面接枝率为12%时,对绝缘纸热稳定性与力学性能的提升幅度和作用效果均不显著,与不接枝时相近。最后,对两种接枝率SiO2的影响效果进行了机理分析。

运用第一性原理研究氧化锌电阻阀片中氧空位与掺杂条件下ZnO晶体电学性质

为了比较Nb_2O_5、MnO_2、MgO三种添加剂对氧化锌电阻阀片电学性能影响,在微观层面模拟Nb、Mn、Mg三种元素分别掺杂ZnO完整超晶胞和带有氧空位缺陷的ZnO超晶胞,并运用第一性原理分析掺杂晶胞的特性.本文计算了晶体结构、掺杂形成能、氧空位形成能、能带结构、态密度、载流子迁移率、电导率等.结果表明,掺入Nb原子的掺杂体系晶格体积最大,Mg掺杂体系的形成能最大,稳定性最弱,Nb掺杂氧空位形成能最低,更容易引入氧空位.Nb掺杂的ZnO超晶胞禁带宽度最小,氧空位缺陷增大掺杂晶体的禁带宽度.在相同掺杂浓度和同等条件下,Mn掺杂的晶体电导率最高.

基于密度泛函理论的外电场下C3F8微观特性的研究

全氟丙烷(C3F8)作为一种拥有较低温室效应的SF 6替代气体,被国内外学者广泛研究.为了从分子层面上揭示全氟丙烷在外电场作用下微观特性的变化情况,采用密度泛函理论中的M06-2X方法,在6-31G(d)基组水平上优化得到了C3F8的基态稳定构型.分析了不同外电场(0-0.020 a.u.)对C3F8分子的结构、Highest Occupied Molecular(HOMO)、Lowest Unoccupied Molecular(LUMO)、能隙、键级的影响,并研究了全氟丙烷分子的激发态能、波长、振子强度.结果表明,在所加电场范围内,随着电场强度的增大,C3F8分子最高占据轨道能级逐渐增大,最低空轨道能级逐渐减小,能隙E G逐渐减小,C3F8分子的化学活性增强;C3F8分子中的C-C键的Mayer Bond Order(MBO)值随电场强度的增大均出现增大的情况,分子的稳定性降低;C3F8分子激发态的激发能总体上呈现出减小的趋势,激发态的波长总体上则呈现出增大的趋势,表明在外电场的作用下,全氟丙烷分子变得越来越容易激发.

纳米SiO2掺杂对有水环境下间位芳纶绝缘纸性能影响的研究

为了进一步了解SiO2纳米粒子掺杂对有水环境下间位芳纶绝缘纸性能的影响以及有、无水环境下芳纶绝缘纸性能的变化,本文利用分子动力学的方法建立了有水存在的芳纶分子模型、经SiO2纳米掺杂后的芳纶分子模型以及无水参与的芳纶分子模型,研究了SiO2纳米掺杂和水分对芳纶绝缘纸在玻璃转化温度、均方位移及力学模量方面的影响.研究结果表明,水分的存在使得芳纶绝缘纸的玻璃转化温度由原先的549 K降为523 K,在此基础上进行纳米SiO2掺杂后玻璃转化温度可以由523 K提升到530 K.与无水环境芳纶绝缘纸的均方位移相对比可以发现,水分的存在在一定程度上提高了芳纶分子的链运动进而削弱了绝缘纸的热稳定性,而SiO2纳米改性可以减弱水分对芳纶绝缘纸的这种不利影响.改性后的绝缘纸在有水环境下的力学性能得以提升,通过对比有、无水环境下芳纶绝缘纸的力学模量可以发现,一定水分的加入反而使得绝缘纸的力学性能得到了一定的提升.最后对所得模拟结果进行了理论分析,为提升芳纶绝缘纸的性能提供了有益的参考.

外电场作用下C_6F_(12)O分子的结构和激发态

采用明尼苏达密度泛函(M06-2X)在6-31G(d)的基组水平上对C_6F_(12)O分子在不同外电场强度(0.000a.u.～0.040a.u.)下进行了计算。分析了不同外电场下基态的分子结构、原子电荷布居、偶极矩、分子总能量。然后利用TD-DFT方法研究了各电场下C_6F_(12)O分子的激发态激发能、波长、振子强度和紫外-可见吸收光谱(UV-vis)。结果表明分子的基态和激发态性质与外电场呈依赖关系。随着外电场的增强,分子总能量逐渐减小,偶极矩增大。分子的激发态能总体上减小,C_6F_(12)O分子变得容易激发。C_6F_(12)O分子由基态跃迁到激发态光子吸收波长总体增大,且主要集中在紫外区域。激发态的振子强度部分增加部分减少,变化复杂。UV-vis光谱随着外电场的增加,在无外电场时曲线上132 nm和162 nm出现的2处吸收峰均发生红移。

潮湿环境下二氧化硅掺杂交联聚乙烯的分子动力学模拟

为了对比研究水分对交联聚乙烯(XLPE)和SiO2掺杂交联聚乙烯(SiO2/XLPE)体系的影响,采用分子动力学方法,建立了含水质量分数分别为0,0.5%和1%的6个XLPE和SiO2/XLPE模型.采用温度比体积曲线法得出随着水含量的增加,XLPE的玻璃化温度(Tg)依次为273K,258K和251K,而SiO2/XLPE体系为285K,271K和266K.结果表明掺杂SiO2提高XLPE的Tg,水分降低两体系的Tg.计算300K下两体系的弹性模量和剪切模量,结果表明水分降低了其机械性能,掺杂SiO2提高其机械性能.此外,拟合均方位移曲线发现随着温度的上升水分子扩散系数增加,而掺杂SiO2抑制了水分子的扩散.因为添加SiO2后其表面羟基与水分子形成氢键,并且水分子自身由于氢键发生团聚而使得水分子聚集在SiO2周围.研究结果可对XLPE和SiO2/XLPE体系的微观水树枝现象和老化过程提供参考.