[發(fā)明專利]金屬/聚合物界面的電荷注入勢壘的獲取方法及系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310151520.1
• 申請日: 2023-02-22
• 公開（公告）號: CN116206707A
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發(fā)明（設計）人: 段瑋;郭廣致;孫浩飛;高健;趙學風;蒲路;林濤;琚澤立;侯喆;王辰曦;鄧軍波
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)陜西省電力有限公司電力科學研究院;國網(wǎng)(西安)環(huán)保技術(shù)中心有限公司
• 主分類號: G16C60/00
• 分類號: G16C60/00;G16C10/00;G06F30/20
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李鵬威

本發(fā)明公開了一種金屬/聚合物界面的電荷注入勢壘的獲取方法及系統(tǒng)，所述方法包括以下步驟：根據(jù)待獲取電荷注入勢壘的金屬/聚合物界面，基于第一性原理獲取金屬/聚合物界面模型；基于第一性原理、所述聚合物分子鏈結(jié)構(gòu)模型和所述金屬/聚合物界面模型，獲取金屬表面功函數(shù)、真空能級差、聚合物電子親和能及電離能；基于獲得的物理量，按照能帶理論中金屬/絕緣材料電荷注入勢壘的定義計算獲得金屬/聚合物界面的電荷注入勢壘。本發(fā)明能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的結(jié)果受外界干擾因素影響大；對于不同的聚合物材料及金屬電極材料，實驗流程難以統(tǒng)一；以及方法尚缺乏完備理論基礎的技術(shù)問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電力絕緣預測技術(shù)領(lǐng)域，涉及復合物界面的理化性質(zhì)預測，特別涉及一種金屬/聚合物界面的電荷注入勢壘的獲取方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

近年來，聚合物絕緣材料因其優(yōu)異的絕緣性能被廣泛應用于電力電纜、電力電容器等多種高壓電力設備；在這類電力設備運行過程中，發(fā)生在金屬導體/聚合物界面的電極注入現(xiàn)象引起了人們的廣泛關(guān)注。解釋性的，聚合物絕緣材料長期運行在直流高場強的工況下，電子及空穴從金屬導體注入到聚合物內(nèi)部的物理過程稱為電極注入現(xiàn)象。

上述的電極注入現(xiàn)象會導致聚合物內(nèi)部發(fā)生空間電荷積聚，引發(fā)內(nèi)部電場畸變，可能造成電樹枝、局部放電等不利現(xiàn)象的出現(xiàn)，甚至最終使絕緣材料失去絕緣性能，從而對電力設備安全產(chǎn)生重大威脅。

金屬/聚合物界面的電荷(分為電子及空穴)注入勢壘(charge?injectionbarrier)是影響電極注入現(xiàn)象最關(guān)鍵的物理參數(shù)，其受到金屬種類、聚合物種類及界面區(qū)結(jié)構(gòu)的共同影響，準確獲取聚合物/金屬界面的電荷注入勢壘大小能夠有效幫助人們理解、預測及規(guī)避電力設備內(nèi)的電荷注入現(xiàn)象。

目前獲取金屬/聚合物界面的電荷注入勢壘的方法主要為間接的實驗測量方法；具體的，是對聚合物/金屬界面施加一個直流偏置電場后，通過測試電導電流，根據(jù)電場強度-電流關(guān)系按照肖特基注入公式反推電荷注入勢壘的大小。上述這種實驗測量方法由于電導電流的數(shù)量級較小，實驗過程受外界干擾因素影響極大；且對于不同的聚合物材料及金屬電極材料，實驗流程難以統(tǒng)一；此外，肖特基注入公式能否用于描述不同種類金屬/聚合物材料界面電荷注入過程尚不確定，該方法尚缺乏完備的理論基礎。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種金屬/聚合物界面的電荷注入勢壘的獲取方法及系統(tǒng)，以解決上述存在的一個或多個技術(shù)問題。本發(fā)明提供的技術(shù)方案中，基于第一性原理獲取金屬/聚合物界面的電荷注入勢壘，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的結(jié)果受外界干擾因素影響大；對于不同的聚合物材料及金屬電極材料，實驗流程難以統(tǒng)一；以及方法尚缺乏完備理論基礎的技術(shù)問題。

為達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供的一種金屬/聚合物界面的電荷注入勢壘的獲取方法，包括以下步驟：

根據(jù)待獲取電荷注入勢壘的金屬/聚合物界面，基于第一性原理獲取金屬/聚合物界面模型；其中，所述金屬/聚合物界面模型包括聚合物分子鏈結(jié)構(gòu)模型和金屬表面結(jié)構(gòu)模型，所述聚合物分子鏈結(jié)構(gòu)模型置入所述金屬表面結(jié)構(gòu)模型；

基于第一性原理、所述聚合物分子鏈結(jié)構(gòu)模型和所述金屬/聚合物界面模型，獲取金屬表面功函數(shù)、真空能級差、聚合物電子親和能及電離能；

基于獲得的金屬表面功函數(shù)、真空能級差、聚合物電子親和能及電離能，按照能帶理論中金屬/絕緣材料電荷注入勢壘的定義計算獲得金屬/聚合物界面的電荷注入勢壘。

本發(fā)明的進一步改進在于，所述根據(jù)待獲取電荷注入勢壘的金屬/聚合物界面，基于第一性原理獲取金屬/聚合物界面模型的步驟具體包括：