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Dielectric barrier discharge-based defect engineering method to assist flash sintering

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Journal of Advanced Ceramics 2023年第5期12卷 1046-1057页

作者： Xinhao Zhao Nianping Yan Yueji Li zikui shen Rongxia Huang Chen Xu Xuetong Zhao Xilin Wang Ruobing Zhang Zhidong Jia Guangdong Engineering Technology Research Center of Power Equipment Reliability in Complicated Coastal Environments Tsinghua Shenzhen International Graduate SchoolTsinghua UniversityShenzhen 518055China State Grid Jiangxi Electric Power Research Institute Nanchang 330096China School of Electric Power Engineering South China University of TechnologyGuangzhou 510641China School of Electromechanical Engineering Guangdong University of TechnologyGuangzhou 510006China Institute of Materials China Academy of Engineering PhysicsMianyang 621907China fSchool of Electrical Engineering Chongqing UniversityChongqing 400044China

Oxygen vacancy OV plays an important role in a flash sintering (FS) process. In defect engineering, the methods of creating oxygen vacancy defects include doping, heating, and etching, and all of them often have complex processes or equipment. In this study, we used dielectric barrier discharge (DBD) as a new defect engineering technology to increase oxygen vacancy concentrations of green billets with different ceramics (ZnO, TiO_(2), and 3 mol% yttria-stabilized zirconia (3YSZ)). With an alternating current (AC) power supply of 10 kHz, low-temperature plasma was generated, and a specimen could be treated in different atmospheres. The effect of the DBD treatment was influenced by atmosphere, treatment time, and voltage amplitude of the power supply. After the DBD treatment, the oxygen vacancy defect concentration in ZnO samples increased significantly, and a resistance test showed that conductivity of the samples increased by 2–3 orders of magnitude. Moreover, the onset electric field (E) of ZnO FS decreased from 5.17 to 0.86 kV/cm at room temperature (RT);while in the whole FS, the max power dissipation decreased from 563.17 to 27.94 W. The defect concentration and conductivity of the green billets for TiO_(2) and 3YSZ were also changed by the DBD, and then the FS process was modified. It is a new technology to treat the green billet of ceramics in very short time, applicable to other ceramics, and beneficial to regulate the FS process.

关键词： flash sintering(FS) ZnO dielectric barrier discharge(DBD) oxygen vacancy OV defect engineering

Analytical model for the transient permittivity of uncured TiO_(2) whisker/liquid silicone rubber composites under an AC electric field

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High Voltage 2021年第3期6卷 470-479页

作者： zikui shen Zhenyu Xin Xilin Wang Xinyu Wei Zhidong Jia Engineering Laboratory of Power Equipment Reliability in Complicated Coastal Environment Shenzhen International Graduate SchoolTsinghua UniversityShenzhenChina

The electric field grading of dielectric permittivity gradient devices is an effective way of enhancing their insulation properties.The in situ electric field‐driven as-sembly is an advanced method for the fabrication of insulation devices with adaptive permittivity gradients;however,there is no theoretical guidance for design.In this study,an analytical model with a time constant is developed to determine the transient permittivity of uncured composites under an applied AC electric field.This model is based on optical image and dielectric permittivity monitoring,which avoids the direct processing of complex electrodynamics.For a composite with given components,the increased filler content and electric field strength can accelerate the transient process.Compared with the finite element method based on differential equations,this statistical model is simple but efficient,and can be applied to any low‐viscosity uncured composites,which may contain multiple fillers.More importantly,when a voltage is applied to an uncured composite insulating device,the proposed model can be used to analyse the spatiotemporal permittivity characteristics of this device and optimise its permittivity gradient for electric field grading.

关键词： composites permittivity transient

先进绝缘材料电场辅助性能调控及制备研究进展

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中国电机工程学报 2024年第2期44卷 790-804,I0030页

作者：申子魁周濛贾志东郝艳捧李越纪王希林黄逸蒙华南理工大学电力学院广东省广州市510641 清华大学深圳国际研究生院广东省深圳市518055

电工材料作为电工装备的基础,其特性直接决定极限运行参数,开发具有新功能、高性能的先进电工材料有助于电工装备挑战更高参数极限。受学科发展战略引导、重大科学问题启发,该文从电场辅助制备的物理机制、几类典型绝缘材料性能调控及... 详细信息

电工材料作为电工装备的基础,其特性直接决定极限运行参数,开发具有新功能、高性能的先进电工材料有助于电工装备挑战更高参数极限。受学科发展战略引导、重大科学问题启发,该文从电场辅助制备的物理机制、几类典型绝缘材料性能调控及制备机理等方面综述了电场辅助先进绝缘材料性能调控及制备的研究进展。首先,总结电场辅助制备电工材料的物理理论,详细阐述电泳、介电泳、自组装等机械效应和焦耳热、弛豫损耗等能量效应的机理。其次,以机械效应为主探讨电场辅助在以智能绝缘材料、导热绝缘材料、高密度储能材料、纤维增强材料和介电功能梯度材料为代表的先进绝缘材料性能调控领域的应用现状;以能量效应为主探讨电场辅助在热塑(固)性聚合物熔融(固化)、功能陶瓷快速烧结领域的研究进展。最后,对先进绝缘材料电场辅助性能调控及制备研究趋势进行展望,可为革新电工材料制造工艺、开拓传统高电压学科研究新方向提供一定理论参考。

关键词：电场辅助先进绝缘材料复合材料陶瓷材料机械效应能量效应

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环氧复合绝缘内部缺陷超声自动检测系统

广东电力 2024年第3期37卷 72-81页

作者：郝艳捧黄盛龙申子魁刘琳张滢滢梁学致阳林华南理工大学电力学院广东广州510641

环氧复合绝缘子密度不均匀和内部集中缺陷严重威胁着气体绝缘金属封闭开关设备(gas insulated metal-enclosed switchgear, GIS)的安全运行,目前超声检测方法存在缺陷检测不直观、效率低等问题。针对此,基于超声反射原理研制环氧复合绝... 详细信息

环氧复合绝缘子密度不均匀和内部集中缺陷严重威胁着气体绝缘金属封闭开关设备(gas insulated metal-enclosed switchgear, GIS)的安全运行,目前超声检测方法存在缺陷检测不直观、效率低等问题。针对此,基于超声反射原理研制环氧复合绝缘材料内部缺陷超声自动成像系统。首先采用小波分析对非重复性超声回波信号进行降噪;然后对回波波形的相邻波峰时间差、电压峰值和电压相邻波峰间的零信号时间进行特征融合识别,得到试样缺陷的位置-超声特征数据集;最后实现环氧复合绝缘缺陷超声自动成像。分别用本文检测系统和传统检测方式对密度不均匀和不同深度、取向裂纹的环氧复合绝缘试样进行检测和对比分析。结果表明:该系统与质量体积法测量的局部密度误差小于4.8%;内部集中性缺陷检测结果和缺陷原貌具有一致性;检测效率较传统人工超声检测提升近6倍。该系统实现了环氧复合绝缘材料的内部集中缺陷和密度不均匀检测的统一,在绝缘子出厂试验和故障分析缺陷定位方面较传统人工检测方式在检测效率和直观性上具有一定优势。

关键词： GIS 环氧复合绝缘材料超声检测内部集中性缺陷密度不均匀

介电泳自组装构筑自适应介电梯度材料:原理与应用

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高压电器 2023年第9期59卷 124-132,141页

作者：周濛张滢滢申子魁郝艳捧贾志东清华大学深圳国际研究生院广东深圳518055 广东省复杂滨海环境电力装备可靠性工程技术研究中心广东深圳518055 华南理工大学电力学院广州510641

绝缘器件内电场分布不均是影响高压绝缘设备绝缘性能的重要问题。文中研究了介电泳自组装构筑自适应介电功能梯度材料,提出了一种“以电治电”的梯度绝缘件的制备方法。通过有限元仿真研究了一维填料自组装的5个阶段以及不同状态下的等... 详细信息

绝缘器件内电场分布不均是影响高压绝缘设备绝缘性能的重要问题。文中研究了介电泳自组装构筑自适应介电功能梯度材料,提出了一种“以电治电”的梯度绝缘件的制备方法。通过有限元仿真研究了一维填料自组装的5个阶段以及不同状态下的等效介电常数。结果表明,一维填料颗粒越趋向电场方向,其内部的电位移模量越大,宏观上表现为等效介电常数增大。同时,建立了液态预聚物复合绝缘部件介电常数在非均匀电场中的时空演变模型,并对针板电极的仿真结果进行了分析。研究发现,原位辅助电场能有效缓解局部电场,提升整体电场均匀性。相容系数越高,可获得的最优电场均匀性越高,但也会增加电介质损失率,并且均化效果的边际效应下降。

关键词：介电泳自组装自适应介电梯度材料非均匀电场

新时代背景下牧草与饲料作物栽培学课程思政教学模式

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草业科学 2024年第2期41卷 519-525页

作者：杨宪龙杨惠敏张建全沈禹颖王自奎杨倩兰州大学草地农业科技学院/草业科学国家级实验教学示范中心甘肃兰州730020

课程思政是新时代背景下高校贯彻落实立德树人根本任务和全面提高人才培养质量的战略举措。本研究基于多年教学实践,构建了牧草与饲料作物栽培学课程思政教学模式。课程思政教学实践中,应从国家需求、学科发展、耕读教育、科研成果转化... 详细信息

课程思政是新时代背景下高校贯彻落实立德树人根本任务和全面提高人才培养质量的战略举措。本研究基于多年教学实践,构建了牧草与饲料作物栽培学课程思政教学模式。课程思政教学实践中,应从国家需求、学科发展、耕读教育、科研成果转化案例、草业科技工作者先进事迹中深入挖掘思政教育元素,从推进实践教学、丰富教学内容、优化教学方法、拓宽教学渠道、坚持教学评价等方面提升课程思政教学质量,促进牧草与饲料作物栽培学课程思政教学成效显著提升。

关键词：课程思政发展机遇元素挖掘教学模式效果评价

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户外单元式环网柜的通风效果仿真与优化措施

高压电器 2019年第3期55卷 59-64页

作者：汪清朱正国贾志东申子魁徐笑然深圳供电局有限公司广东深圳518001 清华大学深圳研究生院广东深圳518055

城市配电系统广泛应用的户外环网柜在湿热的南方地区易产生凝露,因凝露引发的环网柜故障时常发生。文中提出通过加强自然通风散热阻碍凝露形成,首先对现有两种共箱方式的环网柜三维建模,然后利用Ansys CFX软件对不同通风设计的环网柜内... 详细信息

城市配电系统广泛应用的户外环网柜在湿热的南方地区易产生凝露,因凝露引发的环网柜故障时常发生。文中提出通过加强自然通风散热阻碍凝露形成,首先对现有两种共箱方式的环网柜三维建模,然后利用Ansys CFX软件对不同通风设计的环网柜内部流域进行仿真,考虑百叶窗式通风口的横向位置、纵向间距以及顶部空间高度对内部通风散热效果的影响。最后讨论了在凝露发生后,通过在顶盖下表面涂覆亲水性涂料并设计合适的倾角避免凝露坠落至电气设备,最终得出最优设计。

关键词：环网柜自然通风散热有限元仿真亲水性涂层

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振动模态下复合套管电场仿真分析

智慧电力 2018年第11期46卷 112-116页

作者：姜东飞蔡晶赵海鹏贾志东申子魁张豪峰国网新疆电力公司检修公司新疆乌鲁木齐830000 清华大学深圳研究生院广东深圳518055

对静态力作用下的复合套管进行了模态分析,观察到套管的三阶、四阶、五阶和六阶模态中导电杆发生了较为剧烈的形变,此时套管的形态将不再是轴对称的状态,电场的不均匀度增大,而套管内充气体六氟化硫对电场的均匀程度颇为敏感,可能会因... 详细信息

对静态力作用下的复合套管进行了模态分析,观察到套管的三阶、四阶、五阶和六阶模态中导电杆发生了较为剧烈的形变,此时套管的形态将不再是轴对称的状态,电场的不均匀度增大,而套管内充气体六氟化硫对电场的均匀程度颇为敏感,可能会因为电场的畸变导致分解。因此,对三阶模态和五阶模态下的复合套管电场进行计算,分析其畸变程度。仿真结果表明,电场畸变程度很大,但场强不足以达到击穿程度。

关键词：模态分析复合套管电场仿真

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强风作用下复合空心绝缘子的电场计算

高压电器 2020年第3期56卷 111-117页

作者：张楠申子魁杨继红赵海鹏谷倩倩贾志东张豪峰关志成国网新疆电力公司检修公司乌鲁木齐830000 清华大学深圳研究生院深圳复杂滨海环境电力装备可靠性工程实验室广州深圳518055

高压断路器进出线的复合空心绝缘子主体长约8~10 m,弹性模量远小于瓷绝缘子。复合空心绝缘子在强风下会产生风偏,风偏量受风速大小和工作自身弹性模量影响。大幅风偏是否会引起复合空心绝缘子内外电场强度的畸变,劣化内外绝缘鲜有研究... 详细信息

高压断路器进出线的复合空心绝缘子主体长约8~10 m,弹性模量远小于瓷绝缘子。复合空心绝缘子在强风下会产生风偏,风偏量受风速大小和工作自身弹性模量影响。大幅风偏是否会引起复合空心绝缘子内外电场强度的畸变,劣化内外绝缘鲜有研究。由于高压复合空心绝缘子成本高,投运时间短,退运下来的样品较少。文中采用有限元分析的方法模拟强风工况,进行电场计算。针对750 kV断路器复合空心绝缘子在强风下振动的1阶模态振型,计算绝缘关键区域的电场强度,阐明风偏对接地屏蔽电极附近的电场畸变的危害最大,并给出了风速阈值。文中指出应该监测强风地区的风速、玻璃钢管的工作温度以及复合空心绝缘子的风偏量。

关键词：复合空心绝缘子温升风偏量电场计算