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专利号: 2025103800755
申请人: 西安理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种多应力协同作用下聚酰亚胺劣化分析方法,其特征在于,包括:

建立仿真深空环境,将待测聚酰亚胺材料置于仿真深空环境中,从而得到仿真深空环境下待测聚酰亚胺电荷积聚特性,所述电荷积聚特性包括表面电荷特性和空间电荷特性;

根据仿真深空环境下待测聚酰亚胺材料的陷阱能态分布特性,获取电子入射轨迹与电子能量沉积分布,从而得到电子沉积深度分布,通过电子沉积深度分布与电荷积聚特性,构建仿真深空环境下待测聚酰亚胺材料的电荷行为精细描述模型,所述精细描述模型包括:电子浓度变化率方程、电荷电流密度方程、空穴浓度变化率方程、电子捕获率方程与电子释放率方程;具体步骤为:采用高场强宽温谱热刺激电流与空间电荷联合实验得到仿真深空环境下待测聚酰亚胺材料的电荷性质与陷阱能态;

通过蒙特卡洛方法获取电子入射轨迹与电子能量沉积分布,得到待测聚酰亚胺电子沉积深度分布;

根据待测聚酰亚胺电子沉积深度分布与电荷积聚特性,构建仿真深空环境下待测聚酰亚胺材料的电荷行为精细描述模型;

根据仿真深空环境下待测聚酰亚胺材料的电荷积聚特性得到静电放电特性,并通过待测聚酰亚胺材料的电荷行为精细描述模型得到介观参量,通过所述电荷积聚特性、所述静电放电特性与所述介观参量构建待测聚酰亚胺材料电荷积聚特性与静电放电特性的关联关系;

根据仿真深空环境下待测聚酰亚胺材料微观分子结构、所述电荷行为精细描述模型以及所述电荷积聚特性与静电放电特性的关联关系,得到聚酰亚胺绝缘性能劣化趋势;具体步骤为:获取仿真深空环境下待测聚酰亚胺材料微观分子结构;所述待测聚酰亚胺材料微观分子结构包括近程结构信息与远程结构信息;

根据待测聚酰亚胺材料微观分子结构、待测聚酰亚胺材料电荷积聚与放电特性之间的关联关系,得到聚酰亚胺绝缘性能劣化趋势;所述聚酰亚胺绝缘性能劣化趋势为:;

其中, 为初始劣化程度, 为比例常数,为权重系数, 为电荷积聚密度, 为电荷积聚密度初始值, 为陷阱密度, 为陷阱密度初始值, 为陷阱能级, 为陷阱能级初始值, 为电荷迁移率, 为电荷迁移率初始值, 为活化能, 为活化能初始值, 为电导率, 为电导率初始值, 为相对介电常数, 为相对介电常数初始值,为击穿场强, 为放电能量, 为放电能量初始值, 为沿面闪络电压。

2.根据权利要求1所述多应力协同作用下聚酰亚胺劣化分析方法,其特征在于,所述建立仿真深空环境,将待测聚酰亚胺材料置于仿真深空环境中,从而得到仿真深空环境下待测聚酰亚胺电荷积聚特性,所述电荷积聚特性包括表面电荷特性和空间电荷特性的步骤,包括:建立多应力连续可调可控的仿真深空环境,所述多应力包括温度、场强、拉力、电子能量和束流密度;

获取多应力单独作用及协同作用下待测聚酰亚胺的表面电位、电荷积聚密度、消散特性、沿面闪络、电导率、相对介电常数、电荷迁移率、表面陷阱特性以及势垒能级分布。

3.根据权利要求1所述多应力协同作用下聚酰亚胺劣化分析方法,其特征在于,所述根据仿真深空环境下待测聚酰亚胺材料的电荷积聚特性得到静电放电特性,并通过待测聚酰亚胺材料的电荷行为精细描述模型得到介观参量,通过所述电荷积聚特性、所述静电放电特性与所述介观参量构建待测聚酰亚胺材料电荷积聚特性与静电放电特性的关联关系的步骤,包括:根据待测聚酰亚胺材料的电荷积聚特性,对待测聚酰亚胺材料表面进行电位分布、沿面闪络与带电速率测试,得到多应力协同作用下聚酰亚胺材料的静电放电性能;所述静电放电性能包括电位分布、沿面闪络、带电速率;

根据待测聚酰亚胺材料的电荷行为精细描述模型,得到待测聚酰亚胺材料的介观参量;所述介观参量包括活化能、松弛时间、陷阱密度、陷阱能级、陷阱分布与陷阱填充速度;

根据待测聚酰亚胺的电荷积聚特性、介观参量与静电放电性能,建立多应力协同作用下待测聚酰亚胺材料电荷积聚特性与静电放电特性之间的关联关系。

4.根据权利要求2所述多应力协同作用下聚酰亚胺劣化分析方法,其特征在于,所述获取多应力单独作用及协同作用下待测聚酰亚胺的表面电位、电荷积聚密度、消散特性、沿面闪络、电导率、相对介电常数、电荷迁移率、表面陷阱特性以及势垒能级分布的步骤,包括:在多应力单独作用及协同作用下,通过待测聚酰亚胺材料采集表面电位,分析得到电荷积聚密度、消散特性与沿面闪络;

在多应力单独作用及协同作用下,通过第一公式、第二公式与第三公式,得到电导率、相对介电常数与电荷迁移率;所述第一公式为:;其中, 为初始电导率, 为

修正系数, 为自由电荷密度, 为电荷入陷概率, 为电荷脱陷概率, 为电子电量, 为陷阱密度,为作用时间;所述第二公式为: ;其中,为电容,为介电常数,为 极 板 面 积 , 为 静电 力 常 量 , 为 极 板 间 距 ;所 述第 三 公 式 为 :;其中, 为当前时间的对应电压, 为初始电荷量,

为电荷迁移率,为电场强度,为载流子寿命,L为待测聚酰亚胺材料厚度,为电容, 为当前时间,为渡越时间;

在多应力单独作用及协同作用下,通过表面电位衰减法与原子力显微镜技术,得到待测聚酰亚胺材料的表面陷阱特性以及势垒能级分布。

5.根据权利要求1所述多应力协同作用下聚酰亚胺劣化分析方法,其特征在于,所述待测聚酰亚胺材料的电荷行为精细描述模型,包括:;

其中, , ;

为电荷电流密度,为电子电量,为电子浓度,为电荷迁移率,为电场强度,为绝对温度, 为机械应力,为辐照剂量率, 为热激发产生电子‑空穴对速率, 为辐照电离产生率,为载流子寿命, 为室温带隙, 为温度系数,为玻尔兹曼常数, 为电子沉积深度分布, 为动态复合率,为电子浓度,为空穴浓度,为电场强度, 为陷阱密度, 为电子捕获率, 为热运动速度, 为捕获截面, 为电子释放率, 为释放截面, 为陷阱能级。

6.根据权利要求3所述多应力协同作用下聚酰亚胺劣化分析方法,其特征在于,所述多应力协同作用下待测聚酰亚胺材料电荷积聚与放电特性之间的关联关系,包括:;

其中, 为击穿场强, 为电荷积聚密度,为导电率, 为相对介电常数, 为活化能, 为陷阱密度, 为陷阱能级,为电荷迁移率, 为气体常数,T为绝对温度,、、、为拟合参数。

7.根据权利要求1所述多应力协同作用下聚酰亚胺劣化分析方法,其特征在于,所述获取仿真深空环境下待测聚酰亚胺材料微观分子结构;所述待测聚酰亚胺材料微观分子结构包括近程结构信息与远程结构信息的步骤,包括:采用傅里叶红外光谱法、X射线光电子能谱和核磁共振,得到聚酰亚胺材料官能团、能级结构、元素价态近程结构信息;

采用差示扫描量热法、X射线衍射和扫描电子显微镜,得到聚酰亚胺材料热焓、比热、结晶行为、辐射损伤远程结构信息。

8.一种多应力协同作用下聚酰亚胺劣化分析系统,其特征在于,所述系统用于执行如权利要求1~7任意一项所述的方法,所述系统包括:环境仿真模块,用于建立仿真深空环境,将待测聚酰亚胺材料置于仿真深空环境中,从而得到仿真深空环境下待测聚酰亚胺电荷积聚特性,所述电荷积聚特性包括表面电荷特性和空间电荷特性;

模型构建模块,用于根据仿真深空环境下待测聚酰亚胺材料的陷阱能态分布特性,获取电子入射轨迹与电子能量沉积分布,从而得到电子沉积深度分布,通过电子沉积深度分布与电荷积聚特性,构建仿真深空环境下待测聚酰亚胺材料的电荷行为精细描述模型,所述精细描述模型包括:电子浓度变化率方程、电荷电流密度方程、空穴浓度变化率方程、电子捕获率方程与电子释放率方程;

关联构建模块,用于根据仿真深空环境下待测聚酰亚胺材料的电荷积聚特性得到静电放电特性,并通过待测聚酰亚胺材料的电荷行为精细描述模型得到介观参量,通过所述电荷积聚特性、所述静电放电特性与所述介观参量构建待测聚酰亚胺材料电荷积聚特性与静电放电特性的关联关系;

劣化分析模块,用于根据仿真深空环境下待测聚酰亚胺材料微观分子结构、电荷行为精细描述模型以及电荷积聚特性与静电放电特性的关联关系,得到聚酰亚胺绝缘性能劣化趋势;所述聚酰亚胺绝缘性能劣化趋势为:;

其中, 为初始劣化程度, 为比例常数,为权重系数, 为电荷积聚密度, 为电荷积聚密度初始值, 为陷阱密度, 为陷阱密度初始值, 为陷阱能级, 为陷阱能级初始值, 为电荷迁移率, 为电荷迁移率初始值, 为活化能, 为活化能初始值, 为电导率, 为电导率初始值, 为相对介电常数, 为相对介电常数初始值,为击穿场强, 为放电能量, 为放电能量初始值, 为沿面闪络电压。