[發明專利]一種分析氧化鋅避雷器中電阻閥片性能的方法

有效

• 申請號: 201810779985.0
• 申請日: 2018-07-16
• 公開（公告）號: CN108845214B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 李亞莎;黃太煥;柯顥云;謝云龍;章小彬
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00;G06F30/20
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 成鋼

本發明公開了一種分析氧化鋅避雷器中電阻閥片性能的方法，采用第一性原理，利用計算機構造ZnO電阻閥片兩相晶界結構；采用CASTEP軟件包對晶胞進行結構優化；對建立的晶界結構進行弛豫計算，對比弛豫前后晶界結構，分析原子位移；對弛豫后的晶界結構進行二次差分電荷密度分析和原子的電子布居分析；進行晶界結構電子勢能分析和界面原子分波態密度分析。相對于實驗測量方法，本發明對ZnO電阻閥片內部存在的微觀結構進行了研究，分析晶界結構內建電場，確定界面原子的電子軌道的電荷量，分析層片內原子成鍵情況，對提高材料的非線性伏安特性、研制高性能氧化鋅避雷器具有重要意義。

技術領域

本發明屬于避雷器特性研究領域，具體涉及一種分析氧化鋅避雷器中電阻閥片性能的方法。

背景技術

金屬氧化鋅避雷器的基本結構是閥片，閥片以氧化鋅為主要材料，添加少量其他金屬氧化物經高溫煅燒而成。該閥片在正常的工作電壓下，通過的阻性電流很小，一般約為10-15μA，接近絕緣狀態。當雷電過電壓施加在避雷器上時，它的電阻迅速減小，通過的電流很大，殘壓很小，使設備得到保護，當過電壓消失后，避雷器電阻閥片又恢復到高阻狀態。因為金屬氧化鋅避雷器具有優良的非線性伏安特性，它作為電力系統中最基本的保護設備有著廣泛的應用。

目前，對避雷器氧化鋅電阻閥片的研究主要采用電子探針測量的實驗方法，局限性大，無法從微觀分子層面對避雷器氧化鋅電阻閥片性能進行深入分析。

第一性原理是根據原子核和電子相互作用的原理及其基本運動規律，運用量子力學原理，從具體要求出發，經過一些近似處理后直接求解薛定諤方程的算法，可以不依賴于實驗參數，而僅僅在給定原子坐標、元素種類的情況下就可以計算出材料的物理化學性質。CASTEP(Cambridge Serial Total Energy Package)軟件包是基于密度泛函理論的從頭計算量子力學程序，利用總能量平面波贗勢方法，將離子勢用贗勢代替，電子波函數用平面波基組展開，電子-電子相互作用的交換和相關勢由局域密度近似(local-densityapproximation, LDA)或廣義梯度近似(general gradient approximation, GGA)進行校正，是目前較準確的電子結構計算程序。

因此，采用第一性原理，從微觀分子層面研究避雷器氧化鋅電阻閥片的晶界結構。

發明內容

本發明的目的是解決上述問題，提供一種分析氧化鋅避雷器中電阻閥片性能的方法，采用第一性原理，從微觀分子層面對避雷器氧化鋅電阻閥片性能進行深入分析。

本發明的技術方案是一種分析氧化鋅避雷器中電阻閥片性能的方法，具體步驟如下，

步驟1：利用計算機構造ZnO電阻閥片兩相晶界結構；

步驟1.1:構造ZnO/Bi₂O₃兩相晶界結構；

步驟1.2:對晶胞進行結構優化；

步驟1.3:確定交換和相關勢，自洽求解Kohn-Sham方程；

步驟2：對建立的晶界結構進行弛豫計算，對比弛豫前后晶界結構，分析原子位移；

步驟3：對弛豫后的晶界結構進行二次差分電荷密度分析，分析層片間電荷轉移情況；

步驟4：進行原子的電子布居分析；

步驟4.1：分析原子軌道電子占據情況；

步驟4.2：分析原子帶電情況；

步驟4.3：統計晶體層片帶電量；

步驟5：進行晶界結構電子勢能分析，比較兩晶體層片電子勢能；

步驟6：進行界面原子分波態密度分析，分析原子間成鍵情況；