近年來，因?yàn)槿驓夂蜃兣Ｆ矫嫔仙脑?，日本在太平洋上的一些無人居住的島嶼現(xiàn)已快被海水淹沒。據(jù)京都議定書中規(guī)定，導(dǎo)致全球氣候變暖原因之一——溫室氣體排放共6種：二氧化碳（CO?）、甲烷（CH?）、氧化亞氮（N?O）、氫氟碳化合物（HFCs） 、全氟碳化合物（PFCs）和六氟化硫（SF6）。
眾所周知，氣體是高壓電力設(shè)備及電力系統(tǒng)中重要的絕緣介質(zhì)。據(jù)數(shù)據(jù)顯示，SF6絕緣設(shè)備每年氣體排放約達(dá)20000t，大氣中的SF6濃度約為3.2ppt，相當(dāng)于每年排放CO2氣體47800000t，是CO2對大氣溫室效應(yīng)的23900倍。據(jù)計算，SF6氣體的排放每減少1t，按GWP（地球的溫暖化系數(shù)）換算，就相當(dāng)于減少了23900t的氣體排放量。
多年來，SF6因其高耐電強(qiáng)度和優(yōu)良的滅弧性能，已成為現(xiàn)階段應(yīng)用最廣泛的絕緣氣體之一。但其在使用過程中也存在諸多缺點(diǎn)：SF6對電場不均勻性的敏感程度較高，其耐電強(qiáng)度易受電極間導(dǎo)電微粒、電極表面粗糙度等因素的影響；SF6液化溫度較高，在低溫或高壓下容易液化，不適用于嚴(yán)寒地區(qū)等。因此，我們在力求減少排放的同時，還需尋找能替代SF6的絕緣氣體。
哈爾濱理工大學(xué)工程電介質(zhì)及其應(yīng)用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的科研人員近期發(fā)現(xiàn)，僅從耐電性能方面考慮，相對分子質(zhì)量較大的氟化物有望代替SF6成為新型絕緣氣體。有關(guān)研究成果已發(fā)表在2018年《電工技術(shù)學(xué)報》第18期，論文題目為《基于密度泛函理論的SF6潛在可替代性氣體介電性能分析》。
為減少SF6的使用，近年來各國研究學(xué)者主要從兩方面加以研究：
一方面，在不大幅降低氣體絕緣性能的前提下，在SF6中加入緩沖氣體以減少其用量，使用的緩沖氣體包括N2、CO2、CF4及惰性氣體；
另一方面，尋找絕緣性能較好的氣體來完全取代SF6。由于采用SF6混合氣體的方法并不能完全消除SF6的使用，從環(huán)境角度考慮，尋找一種新的環(huán)境友好型氣體絕緣介質(zhì)來替代SF6氣體才能更好地解決這一問題。
隨著量子力學(xué)理論的發(fā)展，研究學(xué)者將量子理論與氣體放電理論相結(jié)合，在SF6替代氣體尋找方面逐漸有所突破。繼“絕緣氣體的介電強(qiáng)度與氣體分子的微觀參數(shù)有關(guān)”被發(fā)現(xiàn)后，哈爾濱理工大學(xué)的研究人員基于密度泛函理論對SF6可替代氣體的介電性能進(jìn)行研究，對影響氣體介電強(qiáng)度的分子電離能及平均靜態(tài)電子極化率進(jìn)行計算，并采用回歸分析方法得到氣體介電強(qiáng)度與此兩微觀參數(shù)之間的相關(guān)性。
此外，他們進(jìn)一步研究了氣體兩微觀參數(shù)與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系，得到電離能與平均靜態(tài)電子極化率參量隨分子結(jié)構(gòu)的規(guī)律性變化，針對氣體絕緣耐電性能方面指出SF6可替代氣體的篩選方向，為新型絕緣氣體的篩選與設(shè)計提供依據(jù)。
由相關(guān)性的分析結(jié)果得知，隨著分子電離能及平均靜態(tài)電子極化率的增大，氣體的介電強(qiáng)度增強(qiáng)。據(jù)此，進(jìn)一步研究了分子電離能及平均靜態(tài)電子極化率特性。平均靜態(tài)電子極化率與分子的相對分子質(zhì)量及分子結(jié)構(gòu)有關(guān)。分子鏈較長、具有極化率較高官能團(tuán)或包含相對原子質(zhì)量較大原子的分子具有較高的平均靜態(tài)電子極化率；電離能隨分子鏈長的增長而降低，隨著氟原子個數(shù)的增加而增大，為獲取具有較高電離能的分子可選用分子鏈較短、氟原子個數(shù)較多的分子。
研究結(jié)果表明：僅從耐電性能方面考慮，相對分子質(zhì)量較大的氟化物有望代替SF6成為新型絕緣氣體。SF6可替代氣體的篩選方向?yàn)榉肿又邪鄬υ淤|(zhì)量較大原子的短鏈氟化物、分子中具有極化率較高官能團(tuán)的短鏈氟化物，以及長鏈氟化物。
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