李丽丽 张晓虹 王玉龙 国家辉

1)(哈尔滨理工大学电气与电子工程学院,工程电介质及其应用技术教育部重点实验室,哈尔滨150080)2)(哈尔滨理工大学荣成学院,荣成264300)

电场和温度对聚合物空间电荷陷阱性能的影响∗

李丽丽1)2)张晓虹1)†王玉龙1)2)国家辉1)

1)(哈尔滨理工大学电气与电子工程学院,工程电介质及其应用技术教育部重点实验室,哈尔滨150080)2)(哈尔滨理工大学荣成学院,荣成264300)

(2016年10月20日收到;2017年2月1日收到修改稿)

模拟分子的结构和行为有助于更深刻地分析空间电荷陷阱性能变化的微观机理.利用Materials studio软件建立聚乙烯模型,通过分子链段运动产生的能量和自由体积变化对微观结构和电荷陷阱进行分析.结果表明:温度由298 K逐渐升高至363 K的过程中,聚合物分子热运动加剧导致的滑移扩散现象,使自由体积和陷阱能级在363 K处分别出现1542.07Å3和0.66 eV的最大值和最小值.然而在Z轴方向施加0.0007 Hartree/Bohr(1 Hartree/Bohr=5.2×1011V/m)电场作用时,由于电致伸缩产生Maxwell应力,使分子链段出现局部有序排列,增大范德瓦耳斯能至−360.18 kcal/mol(1 kcal/mol=4.18 kJ/mol),而自由体积降低了279.77Å3,导致陷阱能级减小0.45 eV.当363 K和0.0007 Hartree/Bohr联合作用时,聚乙烯的陷阱能级相比同温无电场作用降低0.17 eV.分子模拟结果与实测结果相符.利用分子热运动和电致伸缩效应,初步探讨了材料自由体积和范德瓦耳斯相互作用能变化的微观机理,证实分子链段运动改变了微观结构,从而影响电荷陷阱特性.并且与温度相比,电场作用会使材料产生更低能级的空间电荷陷阱.

空间电荷陷阱……