外电场下绝缘纸纤维二糖分子结构及特性研究

发布时间：2021-09-29 00:36

　　为了从微观角度分析外电场对绝缘纸性能的影响,文中采用B3LYP/6-31G（d）基组对纤维二糖分子进行结构优化后,在不同外电场作用下分析了纤维二糖分子基态结构、前线轨道能量、能隙、红外光谱、Mulliken电荷布居和键级。计算结果表明,随着外电场的增大,纤维素分子链呈先伸展后收缩变化。分子总能量降低,势能升高,偶极矩和极化率增大;HOMO能量增大,LUMO能量减小,能隙减小,使得分子活性升高,稳定性降低。吡喃环中C-O伸缩振动吸收峰和糖苷键C-O-C的不对称伸缩振动吸收峰都出现了红移,导致振动变得不稳定;亲核部位和亲电部位分别转移到纤维二糖分子的左右端部仲羟基,且右端部仲羟基键能更低;纤维二糖分子中糖苷键、吡喃环、仲羟基在外电场下较其他位置更容易遭到破坏,临界击穿场强为13.369 GV/m。 

【文章来源】：高压电器. 2020,56(07)北大核心CSCD

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

纤维二糖优化分子模型

纤维素糖苷键断裂使得聚合度降低是导致绝缘纸电气性能下降的重要原因之一[13]，因此文中分析了C3-O11和C12-O11键长变化情况，见图2。键长的大小变化一定程度上反映了分子键能的变化，分子键能随着键长的增大而减小，从而导致这个键更容易发生断裂。从图2可以看出，C12-O11键随着外电场F的增大呈单调减小趋势，而C3-O11键随着外电场的增大逐渐增大，这说明糖苷键C3-O11比C12-O11更容易发生断裂。沿X轴水平方向的二面角D(2,3,22,11)和D(11,12,13,14)可以从一定程度上反映纤维二糖的几何空间结构变化情况，见图3。电场强度在0～0.008 a.u.范围内时，二面角D(2,3,22,11)逐渐增大，D(11,12,13,14)变化不大；电场强度在0.008～0.024 a.u.范围内时，二面角都在减小，D(2,3,22,11)减小幅度较小，D(11,12,13,14)减小幅度较大，说明电场作用下纤维二糖分子发生了一定的取向，当电场强度超过0.008 a.u.后，糖苷键结构发生一定的变形，从而使得纤维素分子链呈先伸展后收缩变化。图3 不同外电场下纤维二糖二面角的变化

不同外电场下纤维二糖二面角的变化

【参考文献】：
期刊论文
[1]水分对绝缘纸微观特性影响的分子模拟研究[J]. 王有元,田苗,罗明武,杨涛,袁文.  高电压技术. 2013(11)
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[4]外电场作用下MgO分子的特性研究[J]. 黄多辉,王藩侯,闵军,朱正和.  物理学报. 2009(05)
[5]红外指纹区特点及解析[J]. 潘彦斌,赵勇,张福义.  现代仪器. 2000(01)

博士论文
[1]纤维素快速热解机理的分子模拟研究[D]. 黄金保.重庆大学 2010

硕士论文
[1]基于分子模拟的油纸绝缘老化机理及气体扩散行为研究[D]. 陆云才.重庆大学 2007



本文编号：3412852