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等离子体处理构建梯度分布氧空位提升三氧化钨电致变色性能

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物理学报 2025年

作者：江以航曹俸华栗浩淼聂永杰李国倡魏艳慧鲁广昊李盛涛朱远惟西安交通大学电工材料电气绝缘全国重点实验室云南电网有限责任公司电力科学研究院青岛科技大学自动化与电子工程学院西安交通大学前沿科学技术研究院

三氧化钨(WO3)是一种典型的电致变色材料，因其出色的光-电特性成为科学研究和工程应用的热点材料。WO3的电致变色性能受其氧空位浓度和分布的影响，进而调控其变色效率和稳定性。现有调控方法多为以退火为代表的高温处理，无法维持薄... 详细信息

三氧化钨(WO3)是一种典型的电致变色材料，因其出色的光-电特性成为科学研究和工程应用的热点材料。WO3的电致变色性能受其氧空位浓度和分布的影响，进而调控其变色效率和稳定性。现有调控方法多为以退火为代表的高温处理，无法维持薄膜的低结晶度，因而导致循环性能下降。本研究采用等离子体处理技术调控WO3薄膜氧空位的生成和分布，采用X射线衍射、扫描电子显微镜、光电测试和循环伏安法等对处理后薄膜进行表征，确定其微观结构和氧空位水平，获得氧空位对电致变色性能的调控规律，并与氩气环境退火所得薄膜进行对比。结果表明，等离子体处理能够显著提高WO3薄膜的表面氧空位浓度，并在薄膜深度方向形成梯度氧空位分布。与原始薄膜和氩气退火制备的薄膜相比，等离子体处理优化后的氧空位分布显著增强了WO3薄膜的电子注入和抽出能力，薄膜光学调制范围提升至85%，且具有更快的变色响应速度和更好的循环稳定性。

关键词： WO 氧空位等离子体电致变色

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直流快速开断技术研究进展和展望

高电压技术 2024年第2期50卷 467-477页

作者：吴益飞吴翊庄伟斌吴鑫荣命哲西安交通大学电气工程学院电工材料电气绝缘全国重点实验室西安710049

由于直流电流无自然过零点且短路电流上升率高,直流电流快速开断与系统故障切除成为制约直流电力系统发展的一大瓶颈。该综述首先介绍了直流快速开断技术要求与难点。其次,详细分析了直流快速开断过程涉及的关键技术,包括电流转移技术... 详细信息

由于直流电流无自然过零点且短路电流上升率高,直流电流快速开断与系统故障切除成为制约直流电力系统发展的一大瓶颈。该综述首先介绍了直流快速开断技术要求与难点。其次,详细分析了直流快速开断过程涉及的关键技术,包括电流转移技术、固态式直流开断技术、介质恢复技术和高速机械开关技术等,综述了各种技术的当前发展现状及其应用情况,对比了不同技术方案的特点及适应性。最后,对直流快速开断技术未来发展方向进行了讨论和总结,为小型化、高性能、低成本、高可靠快速直流断路器的研发及推广应用提供了新的技术思路。

关键词：直流电力系统直流快速开断技术电流转移介质恢复高速机械开关

±800kV换流变阀侧套管温度场仿真与大电流温升试验分析

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高电压技术 2024年第3期50卷 994-1002页

作者：谢更生史石峰王琪林王青于刘鹏彭宗仁西安交通大学电气工程学院电工材料电气绝缘全国重点实验室西安710049

随着我国高压直流输电工程的发展,输送功率不断提升,胶浸纸(resin impregnated paper,RIP)套管的发热问题越发突出。面对±800k V特高压直流输电工程进一步提升输送容量的挑战,为避免RIP套管发热严重、温度过高带来的安全问题,提出了一... 详细信息

随着我国高压直流输电工程的发展,输送功率不断提升,胶浸纸(resin impregnated paper,RIP)套管的发热问题越发突出。面对±800k V特高压直流输电工程进一步提升输送容量的挑战,为避免RIP套管发热严重、温度过高带来的安全问题,提出了一种RIP换流变阀侧套管的设计方案,并通过仿真模拟与温升试验进行验证。首先,在套管设计方案中,通过引入衬管结构、增加导体直径等手段来降低热点温度;然后,提出了一种针对RIP套管温度场的改进计算方法,对套管热设计进行了仿真校核;最后,对基于该设计方案制造的套管进行了温升试验考核。仿真与温升试验结果表明:该文提出的RIP换流变阀侧套管可以满足工程要求,其载流量(等效工频电流)可达6736 A。

关键词：胶浸纸套管换流变阀侧套管直流输电工程计算流体力学温升试验

直流电压下金属微粒对绝缘材料真空沿面耐电性能的影响

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高电压技术 2018年第9期44卷 2994-3000页

作者：王艺博苏国强郭宝烘穆海宝邓军波张冠军西安交通大学电气工程学院电力设备电气绝缘国家重点实验室

表面附着金属微粒是绝缘子发生沿面闪络的重要诱因,研究金属微粒对绝缘材料真空沿面耐电性能的影响对于真空电气设备的研发、生产以及运行等具有重要意义。为此采用对称平面压接电极结构,研究了直流电压下金属微粒尺寸及附着位置对聚四... 详细信息

表面附着金属微粒是绝缘子发生沿面闪络的重要诱因,研究金属微粒对绝缘材料真空沿面耐电性能的影响对于真空电气设备的研发、生产以及运行等具有重要意义。为此采用对称平面压接电极结构,研究了直流电压下金属微粒尺寸及附着位置对聚四氟乙烯(PTFE)材料沿面闪络电压及表面电荷分布的影响。结果表明:在直流电压下,金属微粒会显著降低材料的闪络电压且粒径越大其降低程度越大,2 mm微粒可使闪络电压下降25%左右;在不同附着位置下,金属微粒靠近阴极时材料闪络电压最高,其次为靠近阳极,中间位置最低。综合分析认为,金属微粒畸变了其附近区域的局部电场,进而影响了材料表面的场致电子发射和SEEA过程,其对电场的畸变程度和畸变区域随微粒粒径和附着位置的不同而改变,因此导致材料的沿面闪络电压随微粒粒径增大而降低,同时因微粒附着位置不同而有所差异。

关键词：金属微粒直流电压沿面闪络表面电荷真空

基于时域BLT方程的带绝缘线缆束场-线耦合模型

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高电压技术 2024年第2期50卷 758-764页

作者：席志豪梁涛谢彦召郭洁西安交通大学电工材料电气绝缘全国重点实验室西安710049 西安交通大学电气工程学院西安710049

为研究外场辐照下复杂线缆系统(多导体、非线性负载、带绝缘层)终端电压/电流时域响应特性规律,提出了复杂线缆束在入射场激励下的终端响应建模方法。研究在时域内重塑多导体BLT方程,在兼顾计算效率、易于向线缆网络扩展的基础上,解决... 详细信息

为研究外场辐照下复杂线缆系统(多导体、非线性负载、带绝缘层)终端电压/电流时域响应特性规律,提出了复杂线缆束在入射场激励下的终端响应建模方法。研究在时域内重塑多导体BLT方程,在兼顾计算效率、易于向线缆网络扩展的基础上,解决了线缆束端接非线性负载的终端时域响应求解问题;并通过引入介质层系数,修正了BLT方程源矢量项,解决了常规BLT方程忽视绝缘层对入射场畸变效应而导致的误差问题。最后,将计算结果同时域有限差分法和有限积分法计算结果进行对比,验证了模型在处理复杂线缆场线耦合问题上的准确性。

关键词：时域BLT方程线缆束场线耦合非线性负载介质层系数

平衡态与非平衡态电弧等离子体微观特性计算研究综述

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电工技术学报 2016年第19期31卷 54-65页

作者：荣命哲仲林林王小华高青青付钰伟刘洋刘定新电力设备与电气绝缘国家重点实验室(西安交通大学电气工程学院) 西安710049

以SF_6、CO_2、C_3F_8、C_5F_(10)O等气体为主要介质,介绍了近三十年来国内外对平衡态与非平衡态电弧等离子体微观特性计算的研究进展。平衡态等离子体的微观特性研究,以粒子组分、统计热力学参数、输运系数以及混合扩散系数等物性参数... 详细信息

以SF_6、CO_2、C_3F_8、C_5F_(10)O等气体为主要介质,介绍了近三十年来国内外对平衡态与非平衡态电弧等离子体微观特性计算的研究进展。平衡态等离子体的微观特性研究,以粒子组分、统计热力学参数、输运系数以及混合扩散系数等物性参数计算为主。而非平衡态等离子体的微观特性研究是在量子化学计算理论的支持下,以化学反应和化学反应速率研究为基础,通过建立双温化学动力学模型来描述粒子浓度的时间演化规律。

关键词：电弧等离子体平衡态非平衡态物性参数双温化学动力学

二维钼基双过渡金属碳化物作为锂离子电池阳极材料的电化学性能研究

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电工技术学报 2021年第S02期36卷 438-443,450页

作者：王航宇刘浩良成永红肖冰电气绝缘与电力设备国家重点实验室(西安交通大学电气工程学院) 西安710049

二维过渡金属碳化物或氮化物(MXenes)作为一种新型二维材料,凭借其制备工艺简单、理化性能灵活可控、结构稳定性高等特点,受到了广泛关注。然而,大多数研究集中于单一过渡金属MXenes的性能,双过渡金属MXenes及其表面修饰结构对电化学性... 详细信息

二维过渡金属碳化物或氮化物(MXenes)作为一种新型二维材料,凭借其制备工艺简单、理化性能灵活可控、结构稳定性高等特点,受到了广泛关注。然而,大多数研究集中于单一过渡金属MXenes的性能,双过渡金属MXenes及其表面修饰结构对电化学性能的影响尚未被系统研究。因此,该文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对35种Mo基有序双过渡金属MXenes的电化学性能进行了系统的评估,包括本征结构Mo_(2)MC_(2)(M=Sc、Ti、V、Zr、Nb、Hf、Ta)以及对应的4类修饰结构Mo_(2)MC_(2)T_(2)(T=H、O、F、OH)。计算结果表明,材料表面不同修饰基团对MXenes表面的吸附与锂原子扩散性能起着决定性作用;稳定吸附结构的容量在121~195mA·h/g之间,且本征与H修饰结构能够获得理想的开路电压(0.5~0.8V);同时本征结构表面极低的离子扩散势垒(0.03~0.06eV)能够大幅度提升锂离子电池的充放电效率。

关键词：锂离子电池 MXenes 阳极材料第一性原理计算

开关电弧电流零区非平衡态等离子体仿真研究现状

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电工技术学报 2017年第2期32卷 1-12,23页

作者：荣命哲吴翊杨飞孙昊纽春萍段嘉炜电力设备电气绝缘国家重点实验室(西安交通大学电气工程学院) 西安710049

针对电弧电流零区的仿真研究对于指导断路器研发设计、提高其开断能力进而深入认识零区电弧等离子体的发展过程具有重要意义。由于零区电弧等离子体的发展过程涉及气流、热、电磁场的共同作用,对该复杂过程的描述仍是研究工作的难点。... 详细信息

针对电弧电流零区的仿真研究对于指导断路器研发设计、提高其开断能力进而深入认识零区电弧等离子体的发展过程具有重要意义。由于零区电弧等离子体的发展过程涉及气流、热、电磁场的共同作用,对该复杂过程的描述仍是研究工作的难点。由于电弧电流零区电弧动态行为的特殊性,研究早期提出的局部热力学平衡假设在这一阶段并不适用,预测的电弧行为与实际情况会产生一定偏差。近年来,基于热力学非平衡及化学非平衡假设的理论研究,展现出与实验较好的吻合性,成为现今电弧电流零区仿真计算的热点。本文分别介绍基于热力学非平衡和化学非平衡假设对电弧电流零区电弧等离子体仿真建模的发展情况,以及相关实验进展,并对未来电弧电流零区电弧等离子体仿真研究做了展望。

关键词：电弧电流零区热力学非平衡化学非平衡仿真计算

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单级PFC变换器中的Hopf分岔

电工技术学报 2008年第11期23卷 65-71页

作者：戴栋张波李胜男马西奎西安交通大学电气工程学院电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049

由单级PFC变换器的精确状态方程出发,通过数值仿真观察该变换器中的低频振荡现象。仿真结果表明,低频振荡现象的发生会增加输入电流的总谐波畸变,从而降低系统的功率因数。通过简化分析发现,低频振荡实际上是由系统后级的Forward变换器... 详细信息

由单级PFC变换器的精确状态方程出发,通过数值仿真观察该变换器中的低频振荡现象。仿真结果表明,低频振荡现象的发生会增加输入电流的总谐波畸变,从而降低系统的功率因数。通过简化分析发现,低频振荡实际上是由系统后级的Forward变换器发生了Hopf分岔而引起,并据此给出系统的稳定性边界。最后进行了实验研究,验证了仿真和分析结果。本研究有助于更好地理解单级PFC变换器中的非线性动力学行为,对该类系统的设计具有一定的指导意义。

关键词：单级PFC变换器功率因数校正Hopf分岔低频振荡