基于第一性原理计算Mn掺杂MoS2对油中溶解气体的吸附性能

CO、C₂H₂、CH₄是溶解在变压器油中的典型故障特征气体,其种类和浓度能够反映油浸式变压器绝缘故障的不同类型和严重程度,进行油中溶解气体分析是在线检测变压器运行状态的重要方法.基于第一性原理,通过Mn-MoS₂单层对三种气体的吸附能、转移电荷、态密度和形变电荷密度等参数以及解吸性能分析和灵敏度计算,提出了一种基于Mn-MoS₂材料的气敏传感器对油中溶解气体进行分析的方法.结果表明Mn-MoS₂对CH₄是物理吸附,对CO和C₂H₂是化学吸附.对于Mn-MoS₂来说,CH₄在常温下吸附能力差且灵敏度低,CO在不同温度下均有较强的吸附能力,而C₂H₂在常温下吸附稳定,高温下易解吸且响应灵敏度高.因此,Mn掺杂的MoS₂体系可预期作为CO的气体吸附剂和检测C₂H     

基于LC串联谐振的高压恒流充电电源设计

LC串联谐振式高压恒流充电电源能够实现电容器的高效快速充电,且具有较好的抗负载短路能力,在高重频脉冲功率系统中具有广阔的应用前景。充电电源的效率是决定系统重频运行能力的重要因素,提高效率是目前高压电容器充电电源设计的首要目标。根据LC串联谐振电路的工作原理,分析可知电源工作模式、逆变桥的开关频率以及高频变压器的分布参数是影响LC串联谐振电源效率的主要因素。针对功率为10 kW、输出电压为40 kV的直流电源,计算主电路参数并利用Pspice建立了电路模型验证其准确性,采用软开关技术减小开关损耗,设计了分布参数较小的高频变压器进一步提高效率,并在此基础上完成了电源整体结构设计。最后测试了电源的充电特性,结果表明该电源可将0.1μF电容器在37 ms内充电至39.5 kV,其充电效率为87.1%。     

基于氢源和氮源的电化学合成氨研究进展

电化学合成氨是未来绿色合成氨工业的可选途径,可在室温常压下进行,近年来成为热门研究领域。从氢源和氮源角度看电化学合成氨,综述了电化学合成氨的研究发展概况。简要地介绍了电化学氮还原合成氨的机理,回顾了不同氢源、不同氮源、不同催化剂以及不同电解质体系下的电化学合成氨的性能,展望了该领域未来的研究发展。     

外源硒对菲胁迫下苍耳光合荧光特性的影响

为了探究硒元素缓解土壤中多环芳烃污染对陆生植物苍耳(Xanthium sibiricum Patrin ex Widder)的胁迫作用,选择菲作多环芳烃代表物,通过盆栽实验,研究了土壤中不同菲污染浓度(0,20,80,320mg·kg-1)对苍耳的生长、叶绿素含量、光合参数及叶绿素荧光参数的影响,以及外源性施加硒(0.5mg·kg-1)对上述胁迫效应的缓解作用.结果显示,硒能显著缓解高浓度(320mg·kg-1)菲胁迫下苍耳生物量的减少(p0.05),同时缓解各浓度菲胁迫下叶片中叶绿素含量的降低;硒还能缓解植物在菲胁迫下净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度的降低,减缓叶片PSⅡ最大光化学效率、PSⅡ实际光能转化效率、光化学淬灭系数的下降和非光化学淬灭系数的上升.研究表明,土壤中外源性添加硒能保护菲胁迫下苍耳的光合机构,改善其光合功能.     

基于密度泛函理论的DBDS与DBS对铜绕组腐蚀性能对比研究

二苄基二硫醚(DBDS)与二苄基硫醚(DBS)是变压器内部主要腐蚀性硫化物,能腐蚀铜绕组,破坏变压器的安全运行.为从微观层面探究两者腐蚀性能的差异,基于密度泛函理论(DFT)对DBDS与DBS的腐蚀性能进行对比研究.计算了DBDS/Cu(110)吸附模型与DBS/Cu(110)吸附模型的功函变化,发现DBDS/Cu(110)的功函变化ΔΦ_1(-0.388 eV)绝对值要小于DBS/Cu(110)功函变化ΔΦ_2(-1.118 eV)绝对值,说明DBS更易吸附Cu(110)表面;DBDS在Cu(110)表面的吸附能E_(ads1)为8.571 eV,DBS在Cu(110)表面吸附能E_(ads2)为6.077 eV,表明两者都不能自发吸附,需要从外界吸热才能吸附,且DBS从外界获取能量更少,更容易吸附.同时比较了DBDS分子与DBS分子前线轨道分布以及HOMO轨道与LUMO轨道能量差,计算了DBDS分子与DBS分子的电负性,结果表明:DBDS电负性大小为3.132 eV,DBS电负性大小为3.100 eV,两者基本相等.而DBDS前线轨道能量差(2.610 eV)明显小于DBS前线轨道能量差(3.610 eV), DBDS优化前后的S-S键长分别为2.033?和3.057?,说明DBDS更容易与Cu发生反应.以上模拟结果说明,DBS更易吸附于Cu,而DBDS更易与Cu发生反应.     

氧化锌电阻阀片中ZnO(002)/β-Bi_2O_3(210)界面结构的第一性原理研究

为了从物质微观结构上了解氧化锌避雷器阀片的性能,采用基于密度泛函理论的第一性原理方法对ZnO(002)/β-Bi_2O_3(210)界面结构进行弛豫和电子结构计算.结果表明弛豫后,原子间的键长发生改变.界面区域差分电荷密度图和原子布居分析可得ZnO层片中Zn原子电荷缺失,β-Bi_2O_3层片中O原子电荷富集,ZnO层片向β-Bi_2O_3层片转移电子电荷23.61e.晶界结构的内建电场由ZnO层片指向β-Bi_2O_3层片,内建电场是ZnO电阻阀片具有非线性伏安特性的重要原因.界面附近态密度表明界面的结合主要依靠ZnO层片中Zn原子与β-Bi_2O_3层片中O原子相互作用.计算显示ZnO(002)/β-Bi_2O_3(210)界面结合较强,界面能约为-4.203 J/m~2.本文研究结果对于研制高性能非线性伏安特性氧化锌电阻片提供了机理解释和理论支持.     

外电场下交联聚乙烯电介质材料分子结构变化及其电老化微观机理研究

为了从微观角度分析交联聚乙烯(XLPE)材料的电树枝老化,本文采用分子模拟方法计算并优化得到了XLPE分子结构.沿着聚乙烯链施加不同大小电场强度,分析交联聚乙烯分子的几何结构、偶极矩、极化率、电荷分布、前线轨道能量和红外光谱变化规律.计算结果表明,随着外电场的增大,交联聚乙烯分子红外光谱发生较大变化;当外施电场达到0.026a.u.后,红外光谱图中出现虚频,表明分子空间结构不再稳定,易发生断键;另外从前线轨道图的变化可以看出断键现象最先发生在交联聚乙烯链端部;沿着电场方向,原子所带电荷量由交联处向端部转移,当外施电场达到0.029a.u.后,链端部的C-H和C-C键断裂产生H·和CH_3·自由基.游离的自由基会形成空间电荷并发生积聚,产生局部较大场强,从而进一步影响交联聚乙烯链的空间结构.而电介质内部微观特性的变化必定会导致交联聚乙烯材料绝缘性能的下降,这些变化对揭示交联聚乙烯电缆电树枝形成的微观规律具有重要研究意义.     

苯并三氮唑对变压器绕组硫腐蚀抑制机理的分子模拟研究

硫腐蚀现象对变压器绝缘性能的破坏不容忽视,其中腐蚀性硫化物与铜绕组作用产生的硫化亚铜是导致绝缘性能降低的一个重要原因.在变压器内部无氧和有氧的情况下,硫化亚铜的生成主要是因为腐蚀性硫化物与铜或者与氧化亚铜发生了一系列反应.为深入研究铜缓蚀剂苯并三氮唑(BTA)对铜绕组的缓蚀机理,采用分子模拟技术分析了BTA分子与铜晶体的电荷密度分布和态密度分布;同时利用过渡态搜索、红外光谱研究了BTA分子与氧化亚铜的反应过程.结果表明:加入BTA分子前后的铜表面态密度分布发生了变化,并且利用电荷密度分布图说明BTA分子与铜晶体形成了配位键;同时分析了BTA与氧化亚铜反应前后红外光谱的差异,发现BTA分子的结构已发生改变,与氧化亚铜形成了共价键.以上模拟结果说明BTA分子对铜和氧化亚铜有保护作用,能够抑制腐蚀性硫化物对铜绕组的腐蚀.     

考虑纤维断裂特征的Nb3Sn股线统计拉伸强度和失效概率

Nb₃Sn 超导复合股线在强磁场工程中有着重要的应用,其拉伸强度为保证和评估其长期服役安全的一个关键参数。本文从 “剪滞”理论出发,利用基于Weibull/Possion统计理论的复合材料纤维断裂的Curtin-Zhou模型,较好地描述复合股线中Nb₃Sn超导纤维碎片化过程,建立了分析超导复合股线统计拉伸强度和失效概率的模型。计算结果表明,青铜法Nb₃Sn超导复合股线的拉伸强度随着初始损伤参数的增大而迅速减小;在4.2K服役温度下,当Weibull模量为8时,随着初始损伤参数的增加,股线的拉伸强度约从900MPa衰减至480MPa,与已有实验结果吻合良好;初始损伤参数约为1时,正规化方差最大。初始损伤和Weibull模量对Nb₃Sn复合股线统计拉伸强度和失效概率函数的分布有着显著影响。     

不同胶束浓度制备BiOBr及其光催化性能

以十六烷基溴化吡啶(CPB)为模板剂和溴源,Bi(NO_3)_3·5H_2O为铋源,甘露醇溶液作为溶剂,制备了不同胶束浓度条件下的Bi OBr光催化剂,采用SEM、XRD、EDS、UV-Vis吸收光谱和PL光谱分析等方法对BiOBr的结构和光化学性质进行了表征.在可见光(420 nm)照射下,以罗丹明B为底物研究光催化特性,结果表明,在CPB为3倍临界胶束浓度(3 cmc)时制备的BiOBr具有最好的光催化活性,45 min内对罗丹明B脱色率可达99.6%,脱色过程中主要涉及的活性物种为空穴和羟基自由基.