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介观尺度结晶形貌对XLPE电缆绝缘击穿特性影响研究

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绝缘材料 2023年第11期56卷 16-22页

作者：朱晓辉孟峥峥朱明正宋鹏先吴优董玉鸣李忠磊杜伯学国网天津市电力公司电力科学研究院天津300384 天津大学电气自动化与信息工程学院天津300072

为了研究XLPE材料的介观尺度结晶形貌对其交流击穿特性的影响并分析其作用机理,通过控制样品在降温结晶过程中的降温速率,制备得到了具有不同结晶形貌的XLPE试样。同时,通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对试样的结晶结构与形貌... 详细信息

为了研究XLPE材料的介观尺度结晶形貌对其交流击穿特性的影响并分析其作用机理,通过控制样品在降温结晶过程中的降温速率,制备得到了具有不同结晶形貌的XLPE试样。同时,通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对试样的结晶结构与形貌进行了表征和观测,并使用宽频介电谱仪、三电极系统和交流击穿系统对其介电性能进行测试。最后,结合仿真模拟的手段对试验结果进行验证及机理分析。结果表明:减小降温速率可以延长结晶时间,使分子链规则排列堆叠形成大尺寸球晶,晶区面积占比较高且结构相对完善。结晶结构的完善使XLPE试样的相对介电常数小幅上升,电导率降低,击穿强度及其稳定性显著提升。仿真与试验结果相一致,介观尺度下试样内部完善的结晶形貌降低了球晶间的电场畸变程度,抑制了局部放电与击穿的发生。

关键词：交联聚乙烯介观尺度结晶形貌击穿特性电场仿真

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HMX结晶形貌分析及预测方法的比较

HMX结晶形貌分析及预测方法的比较

作者：何磊中北大学

学位级别：硕士

1,3,5,7-四硝基-1,3,5,7-四氮杂环辛烷(1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetrazocane,HMX)是目前在军事上应用最普遍且整体性能最佳的炸药,具有较高的机械感度以及较好的爆轰性能。晶体形貌很大程度上影响机械感度,为了研究溶剂对HMX晶体生... 详细信息

1,3,5,7-四硝基-1,3,5,7-四氮杂环辛烷(1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetrazocane,HMX)是目前在军事上应用最普遍且整体性能最佳的炸药,具有较高的机械感度以及较好的爆轰性能。晶体形貌很大程度上影响机械感度,为了研究溶剂对HMX晶体生长形貌的影响,运用三种理论模型预测HMX晶体在不同溶剂中的结晶形态,为研制低感HMX晶体提供理论依据。通过附着能模型预测HMX的真空形貌。结果表明,COMPASS力场适用于HMX的研究。HMX在真空中的主要生长晶面是(0 1 1),(1 1 0),(1 0–1),(0 2 0)和(1 0 1),纵横比是1.96。对HMX中不同晶面结构的分析表明,(1 0–1)晶面结构最粗糙,(1 0 1)晶面最平缓。指纹图的计算结果表明HMX晶体中占比最高的相互作用是O···H/H···O。通过附着能修正模型1(定义为MAE),模拟并计算了HMX晶体在八种溶剂中的相对生长速率,从而预测HMX晶体在不同溶剂中结晶形貌。通过径向分布函数可得,氢键作用、范德华作用以及静电作用存在于溶剂分子与晶面之间。通过对溶剂扩散性能分析可得,DMSO和AC溶剂分子的扩散作用最明显。对溶剂密度分析表明,(0 1 1)面具有最大的密度峰,(0 2 0)面具有最小的密度峰。纵横比计算和形貌预测结果都表明,DMSO和AC溶剂有利于HMX晶体形貌趋于球形化。使用附着能修正模型2(定义为MAE)和占据率模型,预测DMSO溶剂中HMX晶体的结晶形貌,然后与实验进行对比。结果表明,在DMSO溶剂中,占据率模型预测的晶体形貌与实验值更加接近。研究了不同温度下DMSO对结晶形貌的影响,分析不同温度下DMSO的溶剂密度分布和扩散能力。结果表明,温度越高,DMSO分子更容易扩散,溶剂密度峰变高。温度对晶体形貌影响不大。

关键词： HMX 结晶形貌溶剂效应分子动力学

基于结晶形貌的聚丙烯绝缘空间电荷与击穿性能调控方法

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基于结晶形貌的聚丙烯绝缘空间电荷与击穿性能调控方法

作者：范铭升天津大学

学位级别：硕士

热塑性聚丙烯(PP)绝缘具有免交联、绝缘性能强和熔点高等优点,是目前环保型高压直流电缆绝缘材料的主要发展方向。高压直流电缆绝缘中空间电荷易积聚,会造成局部电场畸变,加速绝缘老化和击穿等问题。本文以直流电缆PP绝缘为研究对象,采... 详细信息

热塑性聚丙烯(PP)绝缘具有免交联、绝缘性能强和熔点高等优点,是目前环保型高压直流电缆绝缘材料的主要发展方向。高压直流电缆绝缘中空间电荷易积聚,会造成局部电场畸变,加速绝缘老化和击穿等问题。本文以直流电缆PP绝缘为研究对象,采用等温结晶、物理共混手段调控PP绝缘结晶形貌,研究了PP绝缘结晶形貌对空间电荷和击穿性能的影响规律,分析了机械拉伸作用下结晶形貌演变对空间电荷与击穿性能的影响机理,为高压直流电缆PP绝缘开发提供理论与实验支撑。研究工作和主要结论如下:(1)研究了等温/非等温结晶条件下等规聚丙烯(iPP)结晶形貌演变对iPP直流电导、空间电荷与击穿性能的影响规律。发现相比于非等温结晶,在126°C等温结晶10 min可使iPP球晶结构更加完善,球晶间物理缺陷减少,深陷阱密度提高,直流体电导率降低,空间电荷注入与积聚明显减少,直流击穿与极性反转击穿场强均显著提高;而当等温结晶时间达到30 min时,iPP球晶尺寸达到87μm,球晶间的无定形区缺陷增多,加剧空间电荷注入与积聚,导致直流击穿与极性反转击穿场强显著降低。(2)基于iPP/间规聚丙烯(sPP)共混绝缘,采用等温结晶方法调控共混绝缘结晶形貌、电气与机械性能。发现随着等温结晶时间从0 min增加到20 min,iPP/sPP共混绝缘平均球晶尺寸由13μm增大到22μm,平均电荷密度由3.1 C/m降低到1.5 C/m,最大电场畸变率由13.0%降低到1.4%,90°C下直流击穿场强提高了37.2%。直流预压下空间电荷积聚导致试样在极性翻转后局部电场畸变,使得等温结晶20 min的iPP/sPP的击穿场强在异极性直流预压后降低了17.3%。(3)研究了机械拉伸作用下iPP与iPP/sPP共混绝缘结晶形貌的演变规律,分析了结晶形貌演变对PP绝缘空间电荷与击穿性能的影响机理。发现在机械拉伸作用下,PP绝缘球晶会先演变为椭球状球晶再成为纤维状结构,加剧试样中空间电荷的注入与积聚,增大电场畸变率,并导致直流击穿性能显著下降;通过适当的等温结晶和物理共混可调控PP绝缘结晶形貌,减少PP绝缘球晶间物理缺陷,增强球晶间的相互作用力,抑制机械拉伸作用下绝缘空间电荷注入与击穿发展过程。

关键词：直流电缆聚丙烯绝缘结晶形貌空间电荷击穿性能机械拉伸

聚(ε-己内酯)薄膜结晶形貌及分子取向研究

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高等学校化学学报 2006年第1期27卷 161-165页

作者：王震谢续明杨睿王秀凤清华大学化工系高分子研究所清华大学物理系北京100084

用匀胶机通过溶液铸膜方法在硅片和铝箔基板上分别制备具有不同厚度的聚(ε-己内酯)(PCL)薄膜.通过原子力显微镜(AFM)和偏光衰减全反射傅里叶红外光谱(ATR-FTIR)对薄膜中PCL的结晶形貌、片晶生长方式及分子链取向进行了研究.AFM结果表明... 详细信息

用匀胶机通过溶液铸膜方法在硅片和铝箔基板上分别制备具有不同厚度的聚(ε-己内酯)(PCL)薄膜.通过原子力显微镜(AFM)和偏光衰减全反射傅里叶红外光谱(ATR-FTIR)对薄膜中PCL的结晶形貌、片晶生长方式及分子链取向进行了研究.AFM结果表明,在200 nm或更厚的薄膜中,PCL主要以侧立(edge-on)片晶的方式生长;对于厚度小于200 nm的薄膜,PCL片晶更倾向于以平躺(flat-on)的方式生长.这种片晶生长方式的改变在硅片和铝箔基板上都表现出同样的倾向.此外,在15 nm或更薄的薄膜中,PCL结晶由通常的球晶结构变为树枝状晶体.偏光ATR-FTIR结果表明,当膜厚小于200 nm时,薄膜结晶中PCL分子链沿垂直于基板表面方向取向,并且膜越薄,取向程度越高,与AFM的观测结果一致.

关键词：聚(ε-己内酯)薄膜结晶形貌分子取向原子力显微镜偏光衰减全反射傅里叶红外光谱

无机添加物对β PbO_2-SPE复合膜电极结晶形貌及电催化活性的影响

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人工晶体学报 2006年第5期35卷 1123-1128,1103页

作者：万亚珍刘金盾张文辉张翔郑州大学化学工程学院郑州450002

化学镀制βPbO2-SPE复合膜电极的过程中加入无机添加物Fe2+和Co2+可以改善膜电极的电催化性能。SEM和XRD测试表明,加入Fe2+和Co2+可使镀层结晶更细小、沉积更均匀、致密。阳极极化曲线测试证明,βPbO2/Co-SPE电极电化学反应的速度最快,... 详细信息

化学镀制βPbO2-SPE复合膜电极的过程中加入无机添加物Fe2+和Co2+可以改善膜电极的电催化性能。SEM和XRD测试表明,加入Fe2+和Co2+可使镀层结晶更细小、沉积更均匀、致密。阳极极化曲线测试证明,βPbO2/Co-SPE电极电化学反应的速度最快,另两种电极的反应速度相近。苯酚溶液中循环伏安测试证明,镀层析氧电位从高向低的排序是βPbO2/Co>PbO2/Fe>βPbO2,βPbO2/Co-SPE电极最适合用于降解有机污染物。电化学降解苯酚过程证明,βPbO2/Co-SPE电极的电催化活性远高于其它两种电极。

关键词：膜电极无机添加物结晶形貌电催化活性

聚乙二醇-聚L-丙交酯嵌段共聚物结晶形貌研究

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高等学校化学学报 2005年第5期26卷 956-959,F009页

作者：孙敬茹庄秀丽陈学思景遐斌中国科学院长春应用化学研究所高分子物理和化学国家重点实验室长春130022

用偏光显微镜和原子力显微镜对比研究了PEG-PLLA嵌段共聚物在110℃或120℃等温结晶后的结晶形貌.发现在110℃时只有PEG5000-PLLA2300和PEG5000-PLLA6300在偏光显微镜下呈现环带球晶形貌,在原子力显微镜高度图中显示明显的环带,并具有交... 详细信息

用偏光显微镜和原子力显微镜对比研究了PEG-PLLA嵌段共聚物在110℃或120℃等温结晶后的结晶形貌.发现在110℃时只有PEG5000-PLLA2300和PEG5000-PLLA6300在偏光显微镜下呈现环带球晶形貌,在原子力显微镜高度图中显示明显的环带,并具有交替凸凹起伏形貌.而PEG5000-PLLA12000球晶中没有出现环带形貌而是生成了规则的环线.在120℃时,PEG5000-PLLA12000的球晶中才生成了规则的环带图案,原子力显微镜也显示了其球晶具有明显的交替凸凹起伏形貌,说明过冷度直接影响环带球晶的生成.产生周期性凸凹起伏和明暗交替消光是由片晶沿着球晶的半径方向周期性扭转造成的,片晶在凸起部分是Edge-on取向,在凹下部分是Flat-on取向.

关键词：聚L-丙交脂聚乙二醇结晶形貌嵌段共聚物

FOX-7在H_2O/DMF溶剂中的结晶形貌预测

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含能材料 2018年第6期26卷 471-476页

作者：刘宁周诚武宗凯舒远杰王伯周赵强莉王文亮西安近代化学研究所陕西西安710065 氟氮化工资源高效开发与利用国家重点实验室陕西西安710065 陕西师范大学化学化工学院陕西西安710119

为了准确理解溶剂和温度对含能材料结晶形貌的影响,采用分子动力学方法模拟研究了1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)在水/二甲基甲酰胺(DMF)中的结晶形貌。构建了溶剂-晶面的界面吸附模型,使用修正附着能(MAE)模拟方法,计算溶剂-晶面之... 详细信息

为了准确理解溶剂和温度对含能材料结晶形貌的影响,采用分子动力学方法模拟研究了1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)在水/二甲基甲酰胺(DMF)中的结晶形貌。构建了溶剂-晶面的界面吸附模型,使用修正附着能(MAE)模拟方法,计算溶剂-晶面之间的相互作用能,修正各晶面真空附着能并获得FOX-7在不同比例溶剂、不同温度条件下的晶习,分析了溶剂分子和FOX-7晶面之间的分子间作用力。结果表明:在真空条件下决定FOX-7晶习的六个重要晶面为(0 1 1),(1 0-1),(1 0 1),(1 1-1),(0 0 2)和(1 1 0)面;FOX-7在H2O/DMF溶液条件下的晶习随温度条件变化有明显差异,当温度为298K时在不同比例溶剂中的晶习均为块状,预测形貌与文献实验结果吻合较好。

关键词： 1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7) 结晶形貌分子动力学修正附着能溶剂

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氧化铝种分附聚过程结晶形貌分析

轻金属 2012年第5期 23-25页

作者：王亚东刘吉波刘志明中国铝业股份有限公司郑州研究院河南郑州450041 湖南稀土金属材料研究院湖南长沙410126

通过对种分附聚过程结晶形貌的分析推断附聚的机理,大部分晶体是通过氢氧化铝晶体晶面缺陷或台阶上生长的细晶粒粘合在一起形成稳定的附聚体。附聚体之间粘结的物质除了氢氧化铝之外还有其他杂质晶体存在;附聚过程发生与晶体粒径无关;... 详细信息

通过对种分附聚过程结晶形貌的分析推断附聚的机理,大部分晶体是通过氢氧化铝晶体晶面缺陷或台阶上生长的细晶粒粘合在一起形成稳定的附聚体。附聚体之间粘结的物质除了氢氧化铝之外还有其他杂质晶体存在;附聚过程发生与晶体粒径无关;附聚效率与晶体表面积成正比,而与需要填充的晶面体积成反比。

关键词：种分附聚结晶形貌晶体粒径

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超声波对铅膏湿法转化产物结晶形貌的影响

化工进展 2013年第8期32卷 1974-1978页

作者：孙晓娟张伟李卉朱新锋何东升杨家宽华中科技大学环境科学与工程学院湖北武汉430074 河南城建学院市政与环境工程系河南平顶山467023

通过柠檬酸湿法工艺处理废旧铅酸蓄电池铅膏,浸出转化得到的前体柠檬酸铅结晶产物粒度较小,不易过滤。通过超声波的方式对柠檬酸铅的结晶过程加以控制,对处理前后的样品进行XRD、TG-DTA和SEM表征,对比超声波处理前后的柠檬酸铅晶体形貌... 详细信息

通过柠檬酸湿法工艺处理废旧铅酸蓄电池铅膏,浸出转化得到的前体柠檬酸铅结晶产物粒度较小,不易过滤。通过超声波的方式对柠檬酸铅的结晶过程加以控制,对处理前后的样品进行XRD、TG-DTA和SEM表征,对比超声波处理前后的柠檬酸铅晶体形貌变化。结果表明,经过超声波处理后,柠檬酸铅晶体由薄片状转变为长径比约为8∶1的柱状,柱状晶体长20～50μm,超声波处理前柠檬酸铅晶体的粒度均小于5μm。因此,超声波处理能够有效调控柠檬酸铅晶体的结晶形貌,改善柠檬酸铅前体的过滤性能,提高铅膏湿法转化的效率。

关键词：湿法工艺铅膏超声波柠檬酸铅结晶形貌