HFO-1234ze(E)/CO_(2)混合气体工频击穿及分解特性实验研究

近年来,由于HFO-1234ze(E)具备良好的环保特性和优良的绝缘性能,被认为有较大潜力应用于中低压设备中。目前针对该气体的试验探究相对比较少。文中首先计算了不同气压下HFO-1234ze(E)/CO_(2)混合气体的液化温度,然后利用气体绝缘性能测试平台,分别探究了气压、混合比对HFO-1234ze(E)/CO_(2)混合气体绝缘特性的影响,并讨论实际工程应用中的最优混合比和气压值,再采用气相色谱质谱联用仪(GC-MS)对分解产物进行定性分析,同时对分解产物进行了仿真计算。研究结果表明在不同均匀场的条件下,HFO-1234ze(E)/CO_(2)混合气体的绝缘性能均随着混合比的提升而提高,击穿电压呈近似线性增长;在混合比保持不变的条件下,提高气压能够显著改善HFO-1234ze(E)/CO_(2)混合气体绝缘性能;同时在0.3 MPa条件下,20%~25%体积分数的HFO-1234ze(E)不仅具有良好的绝缘水平,而且受到电场不均匀度的影响相对较小,适用于实际工程应用。HFO-1234ze(E)/CO_(2)混合气体具有良好的自恢复绝缘特性,分解的产物主要为氢氟化碳(HFC)和碳氢化合物(HC),仿真结果表明分解产物较为稳定。综合实验和仿真计算结果表明HFO-1234ze(E)/CO_(2)混合气体有潜力替代SF6气体应用中低压绝缘设备中。

气相催化脱氟化氢制备HFO-1234ze简述

1,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234ze)的臭氧层破坏潜值(ODP)为0,温室效应潜值(GWP)小于4,是HFCs(氢氟烃)的理想低碳环保替代品,被用作发泡剂、制冷剂和气雾剂等。HFO-1234ze的合成方法主要有调聚氟化法、炔烃加成法、加成增碳法、氟氯交换法、异构化法和气相脱氟化氢法等。其中气相催化脱卤法环境污染小,操作简单,易于工业化生产,且原料转化率和目标产物选择性均较高。该文从气相催化脱氟化氢合成HFO-1234ze的方法、催化机理、催化剂等方面做了简单综述,期望能对研究者提供参考。

含HFO混合体系气液相平衡的理论模型评价

HFO类新型环保工质具有很低的全球变暖潜能,但受限于热工性能且具有可燃性。含HFO的混合工质可实现优势互补,具有良好的应用前景。气液相平衡是混合物最基本的热力性质,其理论模型极为重要。选取PR状态方程,vdW、HV、WS三种混合规则和NRTL、Wilson两种活度系数模型,构建了PR-vdW、PR-HV-NRTL、PR-WS-NRTL和PR-WS-Wilson共4套理论模型,对HFC+HFO、HC+HFO、CO_(2)+HFO类二元体系气液相平衡的计算性能进行了比较和评价,并进一步分析了模型对含超临界组元体系的计算效果和对三元体系相平衡预测能力。结果表明PR-vdW模型计算性能稳定,对大多数体系计算性能优良;PR-WS-NRTL模型和PR-WS-Wilson模型性能优秀,但预测混合体系临界轨迹线和三元相平衡时稳定性不够好,PR-HV-NRTL模型预测三元相平衡时性能良好。

调聚技术在HFO类新型替代品关键中间体开发中的应用

概述了国内外调聚技术在氢氟烯烃(HFO)类新型替代品关键中间体——卤代烷烃开发中的研究现状,指出调聚合成卤代烷烃工艺中核心技术为调聚催化剂。因此,未来聚焦于高性能调聚催化剂的设计与制备研究,对我国突破国外冷媒巨头专利限制和技术封锁,实现HFO类新型替代品国产化和工业化具有重要意义。

HFO-1336mzz(E)/X混合气体工频绝缘特性试验研究

为评估HFO-1336mzz(E)/X混合气体在高压气体绝缘设备中应用的可行性,计算了HFO-1336mzz(E)与3种缓冲气体分别混合后的配置方案,并通过试验得到其工频绝缘特性。该文考虑–15℃、–20℃、–25℃为最低使用温度约束条件,通过计算饱和蒸气压得到混合气体中HFO-1336mzz(E)的临界摩尔占比,并对该占比下的HFO-1336mzz(E)混合气体进行了工频放电试验。研究结果表明:HFO-1336mzz(E)与空气(Air)混合时协同效应最优;以–15℃为最低使用温度约束,0.5 MPa 8.0%HFO-1336mzz(E)/92.0%Air混合气体的最高击穿电压仅为相同气压下SF_(6)的65%,相当于0.26 MPa SF_(6)的绝缘水平,且混合气体放电后会出现固体沉积物。综合考虑混合气体的液化温度、绝缘强度以及放电沉积物,认为HFO-1336mzz(E)混合气体在高压气体绝缘设备中应用存在局限性。

HFO-1336(E)与H自由基的反应机理研究

为了揭示哈龙替代产品反式1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯(HFO-1336(E))的灭火反应动力学机制,研究了HFO-1336(E)与H自由基的反应势能面,并计算了动力学数据。采用M06-2X/6-311++G(d,p)方法对HFO-1336(E)和H自由基反应体系中的所有物种进行了几何优化结构和振动频率分析,进一步采用CCSD(T)/6-311++G(d,p)方法获得各物种的高精度能量。通过求解RRKM主方程计算了主要路径在300~3000 K和0.001~10 MPa条件下的反应速率常数和路径分支比。结果表明,加成反应(M1)、β-C—C断键反应(P4)和异构化反应(M2)在反应中占主导地位。生成中间体M1的加成反应在0.1 MPa条件下的燃烧低温区起主导作用,其后续的β-C—C断键反应(P4)在对应的高温区更具有竞争力。在1000 K温度条件下,β-C—C断键反应(P4)在低压条件下是最重要的反应路径,而加成反应(M1)则是在高压下占据反应体系的主导地位。此外,研究发现由β-C—C断键反应(P4)生成的CF 3是主要的灭火有效成分,而H自由基加成在—CH CH—双键上则会释放热量促进燃烧。

HFO-1234ze(E)对庚烷火焰抑制作用研究

随着《基加利修正案》的实施,目前广泛使用的以七氟丙烷为代表的氢氟碳化物气体灭火剂,即将被限制使用和逐步淘汰。环境友好的HFO-1234ze(E)作为一种新型制冷剂已得到广泛使用,作为含氟烯烃也属于替代灭火剂的筛选范围。本文采用杯式燃烧器测定了HFO-1234ze(E)的灭火体积分数;同时研究了空气流量对其灭火体积分数的影响,并分析了其可能的灭火机理。试验结果表明,HFO-1234ze(E)对庚烷火焰的临界灭火体积分数为11.5%,对火焰的抑制作用较强,受空气流量影响不大;其可能的主要灭火机理是以其高温分解产生的含氟基团捕捉燃烧反应的自由基,终止链反应而使火焰熄灭。因此,可将HFO-1234ze(E)作为环保的替代灭火剂开展深入研究。

HFO-1336mzz(E)应用于气体绝缘输电线路的温升特性研究

为得到新型环保气体HFO-1336mzz(E)应用于气体绝缘输电线路(GIL)中的温升特性,本文基于有限元方法建立磁场-传热场-流体场多物理耦合模型,仿真分析额定工况下GIL内部温度场分布,并研究缓冲气体类型、填充气压、混合比和运行电流对GIL温升的影响。结果表明:额定工况下GIL内部的温度场呈现上高下低的温度梯度分布规律,其中A相导体的温升比B相导体的温升高0.70℃,接地外壳的温升最小。在相同条件下,HFO-1336mzz(E)/CO_(2)混合气体中导体的温升仅比HFO-1336mzz(E)/N_(2)混合气体中的温升低0.38℃,考虑到HFO-1336mzz(E)气体分解后固体析出物的影响,选择CO_(2)作为缓冲气体比N_(2)更为合适。提高填充气压和混合比均能降低导体的温升,填充0.70 MPa的10%HFO-1336mzz(E)/90%CO_(2)混合气体导体的温升仅比填充0.50 MPa纯SF_(6)的温升高5.02℃。GIL导体和接地外壳的温升均随着运行电流的增大而增大,并且填充气压对GIL载流能力的影响大于混合比的影响,当运行电流超过3.0k A时,GIL的温升会超过温升限定值。

不同温度下环保型HFO-1234ze(E)/CO_(2)混合气体分解机理

由于SF6气体的温室效应,以C_(4)F_(7)N、C_(5)F_(10)O、C_(6)F_(12)O和HFO-1234ze(E)等气体为代表的新型环保替代气体得到了广泛的关注,但对于这些气体分子在局部过热或放电状态下导致设备内部温度升高时的分解机理还缺乏研究。为了进一步探究新型环保气体替代SF6气体的可行性,本文以HFO-1234ze(E)分子为例,基于ReaxFF反应分子动力学方法和密度泛函理论,从微观层面模拟研究了HFO-1234ze(E)分子和不同温度下20%HFO-1234ze(E)/80%CO_(2)混合气体的分解现象。结果发现:HFO-1234ze(E)分子存在着7种不同的分解路径,且CO_(2)中的C=O会最先分解;而HFO-1234ze(E)中的C—F键和C=C双键焓值较高,断裂较为困难,随着温度的升高,发生分解的时间也越早。当温度低于2000 K时,HFO-1234ze(E)/CO_(2)混合气体几乎都不会发生分解;当温度为2000 K时,HFO-1234ze(E)分子不会发生分解,CO_(2)分子会迅速发生分解;当温度为2600 K以上时,温度每上升2000 K,HFO-1234ze(E)分子就会多分解5个左右,CO_(2)分子就会多分解35个左右,直到最后基本完全分解。混合气体主要分解产生CO、O_(2)、C_(2)O_(2)、HF、CF_(4)、C_(2)F_(6)、C_(3)F_(6)和C_(3)H_(3)F_(3)等各类自由基,其中:CO为有毒气体、HF为强腐蚀性气体,应采取措施对其含量进行监测;其他分解产物的化学性质均较为稳定且对环境无害,并仍然具有一定的绝缘能力。以上表明20%HFO-1234ze(E)和80%CO_(2)混合气体在一定程度上可以完全替代SF6气体,这也为进一步研究其他新型环保混合气体提供了理论依据和工程指导。

化学法制备的HfO_2薄膜的激光损伤阈值研究

采用化学法制备了HfO2介质膜,研究了热处理、紫外辐照以及Al2O3复合对HfO2介质膜激光损伤阈值的影响。采用红外光谱(FTIR)和X射线衍射仪对薄膜进行了表征,并用输出波长为1.064μm、脉宽为10 ns的电光调Q激光系统测试薄膜的激光损伤阈值。实验结果表明:采用150℃左右的温度对薄膜进行热处理可以提高薄膜的激光损伤阈值,所获得的薄膜的激光损伤阈值高达42.32 J/cm2,比热处理前的激光损伤阈值提高了82%;无机材料Al2O3的适量添加能够提高薄膜的激光损伤阈值,其中HfO2与Al2O3的最佳质量配比约为95∶5;另外,对薄膜进行适当的紫外辐照也可改善HfO2薄膜以及HfO2-Al2O3复合薄膜的抗激光损伤性能。紫外辐照对提高HfO2-Al2O3复合薄膜的激光损伤阈值效果尤为显著,辐照40 min后的激光损伤阈值达到44.33 J/cm2,比紫外辐照前的激光损伤阈值提高了90%。

HFO混合制冷剂R455A和R454C在转子式压缩机的应用特性研究

针对冷冻冷藏领域转子式压缩机,R455A、R454C制冷剂在不同蒸发温度下进行测试,与目前使用最为广泛的R404A进行对比分析,得出结论,在蒸发温度低于-20℃,R404A性能最优;蒸发温度高于-20℃,R455A性能最优;蒸发温度在-40℃~-5℃,R454C功率及电流均比R404A、R455A偏低。

HFO-1234yf与HFO-1234ze(E)热物性参数测试结果综述

概述了低GWP值的HFO-1234yf与HFO-1234ze(E)的热物性测试的技术与社会背景;介绍了这两种工质的热物性参数测试内容、测试方法和测试结果及HFO-1234yf的Martin-Hou状态方程;比较了日本学者与Honeywell公司的HFO-1234yf热物性参数测试结果;阐述了笔者的几点个人感想、认识与希望。

沉积温度对HfO_2薄膜残余应力的影响

用电子束蒸发方法制备了HfO2薄膜,根据镀膜前后基片曲率半径的变化,用Stoney公式计算了薄膜应力,讨论了沉积温度对薄膜残余应力的影响.结果发现,HfO2薄膜的残余应力均为张应力,应力值随沉积温度的升高先增大后减小,在280℃左右出现极大值.对样品进行了XRD测试,从微观结构上对实验结果进行了分析,发现微结构演变引起的内应力变化是引起薄膜残余应力改变的主要因素,HfO2薄膜在所选沉积温度60～350℃内出现了晶态转变,堆积密度随温度升高而增大.

薄膜厚度对HfO_2薄膜残余应力的影响

HfO2薄膜是用电子束蒸发方法制备的,利用ZYGO干涉仪测量了基片镀膜前后曲率半径的变化,计算了薄膜应力。对样品进行了XRD测试,讨论了膜厚对薄膜残余应力的影响。结果发现不同厚度HfO2薄膜的残余应力均为张应力,应力值随薄膜厚度的增加而减小,当薄膜厚度达到一定值后,应力值趋于稳定。从微观结构变化对实验结果进行了分析,发现微结构演变引起的本征应力变化是引起薄膜残余应力改变的主要因素。

HfO_2/SiO_2高反射膜的缺陷及其激光损伤

用原子力、Normaski和扫描电子显微镜等分析仪器 ,对高损伤阈值薄膜常采用的 Hf O2 /Si O2 薄膜进行了表面显微图象研究 ,分析了薄膜常见的表面缺陷 ,如节瘤 ,孔洞和划痕等。薄膜表面缺陷的激光损伤实验表明 ,不同缺陷的抗激光损伤能力大不相同 ,节瘤缺陷最低 ,约为 1 5 J/ cm2 ,薄膜的损伤阈值主要由其决定 ,孔洞的激光损伤能力与节瘤相比较高 ,约为节瘤的 2～ 3倍。节瘤缺陷在低能量密度的激光损伤所形成的孔洞 ,与镀制过程中形成的孔洞形貌相似 ,激光再损伤能力也相似。

不同氧氩比例对氧化铪(HfO_2)薄膜的结构及性能的影响

在不同氧氩比例气氛下,采用直流磁控反应溅射方法制备了HfO2薄膜。利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、原子力显微镜(AFM)和紫外可见光谱(UV-Visible spectrum)等研究了氧氩比例的不同,对HfO2薄膜的晶体结构、化学配比、表面形貌和光学性能的影响。结果显示:室温下,不同氧氩比例的HfO2薄膜都为非晶结构;随着氧分量的减少,Hf4f与O1s的XPS峰向小的结合能方向移动;在氧分量较大的气氛下,HfO2薄膜的化学失配度较小,薄膜均匀,致密,在400 nm^1 100 nm有良好的光透过性。

HFO-1234yf与HFC-134a比较分析

总结了HFO-1234yf的最新研究成果,对比分析了HFO-1234yf和HFC-134a的热物性参数及实验表现,结果表明两者的热物性参数及实验表现非常相似,HFO-1234yf是较好的替代制冷剂之一。为了更好的评价该制冷剂,还需要进行全面的热物性测试。

制备工艺对HfO_2薄膜抗激光损伤能力的影响

采用反应蒸镀法镀制了单层ＨｉＯ２薄膜，观察了薄膜表面主要的微结构缺陷， 研究了基片清洗工艺对薄膜损伤阈值的影响。测量了薄膜沉积前后表面粗糙度变化。结果表 明：沉积工艺可以改变粗糙度，并对薄膜抗激光损伤能力有较大的影响。

HFO-1234ze在空气源热泵热水器中替代R417A、R22的研究

首先从热物性、ODP、GWP、工质毒性、可燃性方面对HFO-1234ze、R417A、R22三种制冷剂进行对比,并进行理论计算,初步分析HFO-1234ze制冷剂运用在空气源热泵热水器上的可行性。然后,在焓差法实验室内,对分别采用HFO-1234ze,R417A和R22作为制冷工质的空气源热泵热水器进行名义工况下的性能测试,对三种制冷剂的吸排气温度,吸排气压力,压缩机输入功率、制热量、性能系数进行对比分析。本文研究结果显示HFO-1234ze可以作为R417a与R22在热泵热水器中的替代制冷剂。此次研究为热泵热水器的工质选择提供参考。

HfO_2在CHF_3,Ar和H_2的感应耦合等离子体中的刻蚀行为

通过改变偏压功率和气体气压的宏观条件 ,利用CHF3 ,Ar和H2 的感应耦合等离子体 (ICP)对HfO2 和RZJ 30 6光刻胶进行了刻蚀选择性实验研究。结果表明 ,HfO2 与等离子体化学相互作用的刻蚀产物属于非挥发性的 ,容易造成边墙的堆积而形成“驼峰”形 ,因而需要借助于Ar+ 的辅助轰击来消除边墙堆积 ,典型的HfO2 /光刻胶的刻蚀选择比在 0 2～ 0 .5之间。在射频源功率 4 0 0W、气压 0 5Pa、射频偏压 - 4 0 0V、流量比为Ar∶CHF3 ∶H2 =4 0sccm∶18sccm∶2sccm的优化条件下 ,利用感应耦合等离子体刻蚀特性 ,对光刻胶作为掩膜的HfO2 /BK7玻璃进行刻蚀 ,扫描电镜的测试结果表明 ,光栅的图形转移效果较好。红外激光波长为 10 6 4nm时 ,所测得的光栅二级衍射效率在 71%以上。