一种基于脱陷电流和分子动力学的绝缘材料陷阱分析方法

本公开涉及绝缘材料性能测试，尤其涉及一种基于脱陷电流和分子动力学的绝缘材料陷阱分析方法。

背景技术：

1、聚合物绝缘材料在电气绝缘、结构稳定性和环境耐受性等方面的性能良好，广泛应用于电子、航天、航空以及电力工业领域中，起到确保设备安全运行和保证功能可靠性的作用。在多物理场的共同作用下，聚合物绝缘材料内部可能形成电荷陷阱，这些陷阱对聚合物绝缘材料的电气性能和长期稳定运行具有显著影响，会捕获、释放电荷，影响材料的电导率和绝缘强度。

2、极化-去极化电流法能够捕捉到材料陷阱的行为特征，是分析和评估聚合物材料电气性能的关键技术；分子动力学仿真能够从原子和分子层面理解聚合物的行为。极化-去极化电流测试过程外加电场极化的时间，应该使用分子动力学进行弛豫，对弛豫后自由体积构型判断从而确定实际极化-去极化电流时间。然而，现有技术仅从宏观试验或微观仿真单方面评估材料性能，未能做到将宏观现象和微观特性结合进行分析，无法深入剖析材料陷阱特性以及多场条件下陷阱变化情况，缺失对产生宏观试验现象的原理分析，影响材料性能评估的精确性。

3、因此，有必要改善上述相关技术方案中存在的一个或者多个问题。

4、需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本公开实施例的目的在于提供一种基于脱馅电流和分子动力学的绝缘材料陷阱分析方法，能够更精确地评估材料性能。

2、根据本公开实施例，提供一种基于脱馅电流和分子动力学的绝缘材料陷阱分析方法，包括脱陷电流分析过程和分子动力学仿真分析过程；

3、其中，所述脱陷电流分析过程包括子步骤：

4、测试绝缘材料在不同条件下的极化电流数据和去极化电流数据；

5、对去极化电流数据进行拟合处理得到脱陷电流；

6、基于脱陷电流获取陷阱参数，得到绝缘材料的陷阱参数变化规律；

7、其中，所述分子动力学仿真分析过程包括子步骤：

8、构建绝缘材料分子动力学模型；

9、基于所述绝缘材料分子动力学模型测定不同条件下的自由体积数据；

10、将得到的自由体积数据与陷阱参数比对，验证所述陷阱参数变化规律。

11、本公开的一示例性实施例中，所述对去极化电流数据进行拟合处理得到脱陷电流，还包括以下步骤：

12、建立三阶指数拟合模型；

13、利用所述三阶指数拟合模型对去极化电流数据进行三阶指数拟合，得到脱陷电流。

14、本公开的一示例性实施例中，所述三阶指数拟合模型为：

15、

16、其中，idp(t)表示t时刻的去极化电流值，表示即时极化，表示短期极化，表示长期极化，a1、a2、a3为常数项，τ1、τ2、τ3为时间常数，且τ1＜τ2＜τ3。

17、本公开的一示例性实施例中，所述陷阱参数包括陷阱深度、陷阱数量和陷阱电荷密度中的至少一个。

18、本公开的一示例性实施例中，所述脱陷电流分析过程还包括以下步骤：

19、对极化电流数据进行拟合处理得到电导电流，基于得到的电导电流计算电导率。

20、本公开的一示例性实施例中，在所述基于所述绝缘材料分子动力学模型测定不同条件下的自由体积数据之前，还包括以下步骤：

21、对所述绝缘材料分子动力学模型进行弛豫处理，使得体系达到平衡态。

22、本公开的一示例性实施例中，在对所述绝缘材料分子动力学模型进行弛豫处理的步骤中，采用npt系综和/或nvt系综对构建绝缘材料分子动力学模型进行弛豫。

23、本公开的一示例性实施例中，所述分子动力学仿真分析过程还包括以下步骤：

24、对弛豫处理后的材料晶胞进行径向分布函数测定。

25、本公开的一示例性实施例中，所述电流和分子动力学的绝缘材料陷阱分析方法还包括表面形态图像分析过程；

26、其中，所述表面形态图像分析过程包括子步骤：

27、获取绝缘材料在不同条件下的表面形态图像，并从表面形态图像中提取孔洞特征参数；

28、将得到的孔洞特征参数与自由体积数据进行对比，验证自由体积数据变化趋势。

29、本公开的一示例性实施例中，所述孔洞特征参数包括孔洞密度和孔洞尺寸中的至少一个。

30、本公开提供的技术方案可以包括以下有益效果：

31、本公开的实施例中，在宏观层面通过脱陷电流分析过程对绝缘材料的极化电流和去极化电流进行测试，并对去极化电流数据进行拟合处理得到脱陷电流，基于脱陷电流的数据获取陷阱参数，进而得到绝缘材料在不同条件下的陷阱参数变化规律；在微观层面通过分子动力学仿真分析过程实现测定绝缘材料在不同条件下的自由体积数据，将得到的自由体积数据与陷阱参数比对，可以得到不同条件下的自由体积数据与不同条件下的脱陷电流之间的关系，分析验证陷阱参数变化规律，实现将宏观层面对材料陷阱的分析和微观层面对材料陷阱的分析结合起来，更精确地评估材料性能。

32、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

1.一种基于脱陷电流和分子动力学的绝缘材料陷阱分析方法，其特征在于，包括脱陷电流分析过程和分子动力学仿真分析过程；

2.根据权利要求1所述的基于脱馅电流和分子动力学的绝缘材料陷阱分析方法，其特征在于，所述对去极化电流数据进行拟合处理得到脱陷电流，还包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的基于脱馅电流和分子动力学的绝缘材料陷阱分析方法，其特征在于，所述三阶指数拟合模型为：

4.根据权利要求1-3任一项所述的基于脱馅电流和分子动力学的绝缘材料陷阱分析方法，其特征在于，所述陷阱参数包括陷阱深度、陷阱数量和陷阱电荷密度中的至少一个。

5.根据权利要求1-3任一项所述的基于脱馅电流和分子动力学的绝缘材料陷阱分析方法，其特征在于，所述脱陷电流分析过程还包括以下步骤：

6.根据权利要求1所述的基于脱馅电流和分子动力学的绝缘材料陷阱分析方法，其特征在于，在所述基于所述绝缘材料分子动力学模型测定不同条件下的自由体积数据之前，还包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的基于脱馅电流和分子动力学的绝缘材料陷阱分析方法，其特征在于，在对所述绝缘材料分子动力学模型进行弛豫处理的步骤中，采用npt系综和/或nvt系综对构建绝缘材料分子动力学模型进行弛豫。

8.根据权利要求6所述的基于脱馅电流和分子动力学的绝缘材料陷阱分析方法，其特征在于，所述分子动力学仿真分析过程还包括以下步骤：

9.根据权利要求1所述的基于脱馅电流和分子动力学的绝缘材料陷阱分析方法，其特征在于，所述电流和分子动力学的绝缘材料陷阱分析方法还包括表面形态图像分析过程；

10.根据权利要求9所述的基于脱馅电流和分子动力学的绝缘材料陷阱分析方法，其特征在于，所述孔洞特征参数包括孔洞密度和孔洞尺寸中的至少一个。