陷阱密度对低密度聚乙烯空间电荷形成与积累特性的影响

在高压直流输变电设备绝缘系统中,空间电荷效应是影响设备绝缘劣化的主要因素之一.研究材料陷阱分布对空间电荷形成与积累特性的影响,对于诊断设备绝缘老化较为重要.建立了单极性电荷输运模型,研究了电荷注入、电荷输运和电荷入陷脱陷的物理过程.通过求解电荷连续性方程、泊松方程和电荷入陷与脱陷的一阶动力学方程,可以得出陷阱密度对低密度聚乙烯介质内空间电荷分布特性的影响.计算得到了不同陷阱密度（6.25×1019~6.25×1021m3）介质的内部空间电荷随时间和陷阱密度的变化关系.随着加压时间的延长,自由电子总数先增加后减小,被捕获电子的总数则逐渐增大.在一定陷阱密度范围内（小于~3.125×1021m3）,最大自由电子总数随着陷阱密度的增大逐渐减小,最大被捕获电子总数则逐渐增加.当陷阱密度大于3.125×1021m3时,介质内部电荷数量随陷阱密度变化不大.该模型和相关结论可以更好地理解高压直流输变电设备的绝缘老化现象和机理.     

稀土掺杂的高电压梯度ZnO压敏电阻

采用稀土氧化物掺杂改进ZnO压敏电阻的电气参数和结构参数,并解释了稀土掺杂改性的机理．高温烧结时稀土氧化物与Bi,Zn,Mn,Sb等生成新的尖晶石,由于尖晶石的钉扎效应而降低氧化锌晶粒的生长速度,导致压敏电阻的晶粒尺寸减小、电压梯度明显增加．通过添加Co和Mn的氧化物,能有效降低ZnO压敏电阻的泄露电流和增加其非线性系数．试制的压敏电阻样品的电压梯度达492V／mm,非线性系数达76,而泄露电流只有1μA．     

氧化锌压敏电阻空间电荷与非线性特性的关系

为了从微观角度解释ZnO压敏电阻的导电机理,利用电声脉冲（PEA）法,对4种ZnO压敏电阻试样在不同电流密度下的空间电荷分布特性进行了试验．研究结呆表明,空间电荷和电流密度之间的关系与伏安特性曲线具有一致性,可以反映非线性特性．在小电流区,空间电荷与场强和电流密度呈线性关系,空间电荷的增加反映了晶界层表面态的减少和肖特基势垒的变化．小电流区到中电流区存在过渡区,过渡区的电流是由热电子激活和隧道电流共同构成．在中电流区,随着电流的增大,空间电荷会呈减小趋势,当耗尽层减小为零时,空间电荷会基本消失．     

低密度聚乙烯中空间电荷包的形成与迁移过程

利用压力波法(pressure wave propagation, PWP), 在中低电场下对低密度聚乙烯中的空间电荷包行为的研究发现, 施加在样品上的外电场极性变化并不改变空间电荷包的产生和迁移规律, 即正负极性的外加电压都是在样品阳极处产生正极性的空间电荷包而且总是向阴极迁移. 还对空间电荷包在30~40℃温度下空间电荷包的宏观迁移率、空间电荷包的电荷来源以及电荷的陷阱能级作了探讨.     

特高压GIS避雷器对压敏电阻电压梯度的要求

采用三维有限元与电路相结合的“场路结合”数值计算方法来分析特高压 GIS避雷器电位分布特性. 通过对多种方案的比较分析表明, 最有效的改善电位分布的方法是提高ZnO压敏电阻的电压梯度. 综合多方面因素, 合适的压敏电阻电压梯度为426 V/mm, 此时1000 kV GIS的电位分布不均匀度可控制在 10%以内. 研究结果为高梯度压敏电阻的研制提供了基本的技术指标.     

基于电声脉冲法的油纸绝缘介质直流空间电荷的特征量提取及分析

油纸混合绝缘介质作为许多关键直流输电设备的主要绝缘材料,其空间电荷特性既影响材料的介电强度,又关系着直流输电设备运行稳定性和可靠性.目前国内外针对油纸绝缘介质空间电荷特性的研究尚处在对测试结果的客观描述及现象解释阶段,如何通过数据挖掘进行测试结果的特征量提取,进而更加深入地探究油纸介质直流空间电荷特性,迫切需要研究.本文基于大量前期测试数据,进行油纸介质空间电荷特性的数据挖掘,提取特征参量,对比分析了不同情况下油纸介质内部注入空间电荷总量、视在电荷迁移率等重要特征参数的变化规律.基于等温衰减电流法建立了油纸绝缘介质空间电荷的去极化特性与其内部陷阱分布之间的关系,实现了经由空间电荷的消散特性来近似计算介质内部陷阱深度信息.并且首次得到了油纸介质直流空间电荷的指数注入（消散）公式,指明了公式中相关参数的物理意义,为实现对油纸介质内部空间电荷特性的预测和模拟奠定了基础.     

油、纸老化状态对油纸绝缘中空间电荷的影响特性研究

高压直流输电系统出现潮流反转时,换流变压器会经受极性反转电压,内部积聚的空间电荷导致电场畸变,威胁绝缘安全.为了探究油、纸二者在老化过程中对油纸试样空间电荷的作用,将130℃, 140℃, 150℃, 160℃加速热老化实验后的油纸试样解耦,即取出部分老化油纸试样中的绝缘油保存,用石油醚浸泡除去油浸纸试样中残留的变压器油,进而制备出老化变压器油浸渍的未老化绝缘纸及未老化变压器油浸渍的老化绝缘纸试样.油、纸二者耐热等级不同,其在高温热老化时,随着老化温度的升高,会发生不同的物理化学反应,利用电声脉冲法测量了不同油纸组合在极性反转电压下的空间电荷特性,讨论了高温老化及变压器油老化、绝缘纸老化对极性反转电压下油纸绝缘系统的影响.实验结果表明,极性反转前,变压器油老化与油纸共同老化对油纸复合绝缘空间电荷特性具有相同的影响,均在地电极附近出现同极性电荷的积聚,随着老化状态的加深,同极性电荷积聚现象逐渐明显,去极化时电荷消散速率变慢;绝缘纸老化对油纸复合绝缘空间电荷特性的影响与油老化截然相反,在试样地电极附近出现了异极性电荷的积聚,试样内部电荷积聚现象未随着绝缘纸老化状态的加深而发生明显的变化.综...     

基于栅极信号的功率器件老化特征分析

本文研究栅极动态信号在功率器件故障预测上的应用.首先介绍了功率器件栅极动态信号反映的相关失效机制,并分析了栅极动态信号的老化特征及影响因素.提出了老化特征提取方法,选定动态过程时间,动态过程面积比率作为老化特征.使用降频错位采样的方法还原高频采样下计算的老化特征,降低利用动态信号进行故障预测的采样频率,以提高方法可行性.通过NASA公布的数据集进行实验验证,提取的老化特征明显,降频采样达到了预期效果.     

CdZnTe半导体探测器X射线能谱响应特性分析

CdZnTe是一种性能优异的高能射线探测材料,在空间科学、核安全以及核医学等众多领域有广泛的应用前景.本文选取了3枚不同等级的CdZnTe探测器,在详细阐述了CdZnTe探测器工作原理的基础上,对比分析了他们的能谱响应曲线和载流子输运特性的关系.重点分析了CdZnTe探测器能量分辨率、电荷收集效率和峰谷比等关键指标参数与CdZnTe晶体中电子和空穴的迁移率和寿命积以及载流子的去俘获效应的相关关联,分析表明载流子的迁移率和寿命积是影响探测器电荷收集效率决定因素,而当电荷收集效率〈90%时,电荷收集不完全对探测器的能量分辨率有较大影响,而载流子在陷阱中的去俘获时间对探测器信号的本底噪音和极化效应有较大影响.建立了一个通过简单平面探测器能谱响应曲线反映CdZnTe晶体载流子输运特性的方法,为CdZnTe探测器和晶体质量的评价和筛选提供了基础.     

磁尾的等离子体片边界层场向电流密度与地磁活动指数Kp的关系分析

对2001年7月～10月Cluster穿越磁尾等离子体片边界层期间观测到的172个场向电流事件进行了研究,主要分析了等离子体片边界层场向电流特性与地磁活动指数之间的关系.研究结果表明：1）等离子体片边界层场向电流的相对发生率随地磁活动的增强而增加;2）等离子体片边界层场向电流密度随Kp指数的增大而增大;在磁暴的主相阶段,场向电流迅速增大,电流密度最大达到19.05nA/m2,同时Kp增大至5;3）地磁活动指数Kp与等离子体片边界层区场向电流密度有着一致的变化关系.然而,当AE〈800nT时,等离子体片边界层场向电流密度随着AE的增加而增加,当AE〉800nT时,场向电流密度随着AE的增加而减小.从而说明,等离子体片边界层场向电流密度与Kp指数的变化关系更为密切.     

GaN蓝光材料新型ZnO /Si外延衬底的溅射沉积

采用常规磁控溅射方法 ,通过优化工艺 ,在Si( 10 0 ) ,Si( 111)多种基片上沉积ZnO薄膜 .利用透射电镜 (TEM)、X射线衍射 (XRD)和X射线摇摆曲线 (XRC) ,对ZnO薄膜的微区形貌、结晶情况、C轴择优取向进行了详细的测试分析 .结果表明 ,所制备的ZnO薄膜具有理想的结构特性 ,大多数样品测得ZnO( 0 0 2 )晶面XRC的半高宽 (FWHM)为 1°左右 ,最小值达 0 .3 5 3°,优于目前国内外同类研究的最佳结果 2°.并对ZnO/Si( 10 0 )与ZnO/Si( 111)衬底的结果进行了比较和讨论 .     

水平横风下的移动车辆脉动风速谱

为研究水平横风下运动车辆在不同车速/风速比情况下感受到的风速谱,利用泰勒"冻结"紊流假定,推导了移动点的自相关系数函数,通过傅里叶变换数值求解了移动点的自功率谱函数.利用已有的脉动风速谱形式,通过积分变换,直接导出了风速与车速垂直的移动点的自功率谱函数解析表达式.研究表明:由于车辆运动,导致移动点纵向脉动风速谱向高频移动,且随车速的增大,幅值呈现先减小后又逐渐增大的现象;同时,车辆运动引起移动点侧向脉动风速谱幅值随车速增大呈现先减小,后逐渐增大的变化规律.     

掺铒波导环形腔激光器特性研究

根据掺铒波导光放大理论和耦合器传输矩阵,建立了描述掺铒波导环形腔激光器的理论模型,在此基础上分析了环形腔弯曲半径、耦合器耦合系数和掺铒离子浓度等因素对泵浦阈值和激射光输出特性的影响.结果表明由于受到波导弯曲损耗和其他机制损耗的共同作用,存在一优化弯曲半径使得波导环形腔激光器在较低阈值泵浦功率下实现较高的斜率效率;激射光输出耦合器作为激光谐振腔损耗的一部分,其耦合系数的大小影响到激光器的特性,在耦合系数为0.2附近处可获得较高的激射光输出功率;铒离子掺杂浓度在0.85×1026m？3时具有最低的阈值泵浦功率,在不引起明显上转换效应的条件下,适当的增加铒离子浓度可以提高激射光波的输出功率.研究结果为掺铒波导环形腔激光器的设计和制作提供了理论依据.     

Ag生长温度对Ag／ZnO肖特基接触特性的影响

利用脉冲激光沉积（PLD）方法在Si衬底上制备了ZnO单晶体薄膜，并在不同温度下生长了Ag膜作为肖特基电极，研究了Ag与ZnO的接触特性．利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和I-V测试方法对样品的晶体质量、结构和电学性质进行了分析．结果表明，ZnO薄膜具有高度的c轴择优取向，Ag膜随生长温度的不同的晶体质量有较大差异．样品在室温下的I-V测试结果表明Ag电极的生长温度对Ag／ZnO接触性能有重要影响．在150℃和200℃生长的Ag电极实现了Ag与ZnO的肖特基接触，电极生长温度低于150℃和高于200℃的样品Ag与ZnO均为欧姆接触．经过分析，肖特基接触的形成依赖于在Ag与ZnO接触界面处形成的p型反型层．     

啁啾飞秒激光脉冲在ZK7玻璃中成丝传输的物理特性

采用具有不同初始负啁啾量的飞秒激光脉冲, 研究了其在ZK7玻璃中非线性成丝传输的物理特性. 实验表明激光成丝的阈值功率随着脉冲初始啁啾量的增大而升高, 但啁啾导致的光学细丝长度将逐渐变长. 通过光丝超连续谱的测量与分析, 发现了啁啾激光成丝过程中等离子体的非线性作用随着初始啁啾量的增大而减弱, 并在较长空间距离内形成了非电离特性占主导的光学成丝的新现象. 另外, 实验观察到了啁啾脉冲激光成丝过程中的多光丝干涉图像, 理论分析和讨论了非电离光学成丝的物理机制. 这些研究结果表明初始啁啾量对于超短激光脉冲成丝过程将起到至关重要的作用.     

RPC高温爆裂的微细观孔隙结构与蒸汽压变化机制的研究

活性粉末混凝土(RPC)高温下易发生爆裂破坏,升温时RPC微细观孔隙结构与内部蒸汽压的变化与爆裂密切相关.本文采用压汞和SEM方法测试了素RPC200在室温至350°C七个温度水平下的微细观孔隙结构特征,分析了比孔体积、阀值孔径、最可几孔径等孔隙特征参数随温度变化的规律.通过自行研制的蒸汽压装置量测并分析了温升过程中素RPC200内部蒸汽压的变化机制.采用"薄壁球"模型定量分析了孔隙内部蒸汽压引发RPC爆裂的力学机理,并给出了球壁任意点的应力随饱和蒸汽压q(T)、球壁特征尺寸K变化的力学计算模型.研究表明:随温度升高,素RPC200的比孔体积、平均孔径、阈值孔径、最可几孔径等孔隙特征参数明显增大,200°C是阈值孔径和最可几孔径明显增加的门槛温度.单位质量的RPC孔隙体积增大主要来自于过渡孔与毛细孔的数量与体积增加.由于未形成有利于蒸发水逃逸的孔隙通道,快速达到饱和且难以有效释放的内部蒸汽压是导致RPC高温爆裂的直接原因.作者利用"薄壁球"模型给出了对爆裂起控制作用的壁厚范围.     

晶粒尺寸对氧化锌非线性电阻片中温度和热应力的影响

微观温度分布不均匀将降低氧化锌(ZnO)非线性电阻片的冲击能量吸收能力. 采用二维Voronoi网络(Voronoi diagram)模型, 从微观角度分析了氧化锌非线性电阻片中的电流、温度和热应力的分布. 结果表明: 在击穿区(中电场区), 流经电阻片的电流集中于少数晶粒连结而成的通道, 导致电阻片吸收冲击能量时内部能量吸收不均匀, 引起局部高温和很大的热应力, 造成电阻片发生穿孔或破裂损坏. 另外讨论了晶粒尺寸对氧化锌非线性电阻片内部温度和热应力的影响.     

带前置光放大的星间微波光子链路建模及性能优化

摘要考虑到星间微波光子链路中信号经远距离传输损耗大,利用前置光放大来提高链路的信噪比．建立了带前置光放大的星间微波光子链路模型,利用Bessel函数展开和Graf加法定理推导出了信噪比（SNR）的解析表达式．确定了对链路影响最大的主要噪声成分,在不同前置放大器增益的条件下,对调制器直流偏置相移进行了优化,使得在给定SNR要求下所需激光器输出光功率最小,并进一步分析了前置放大器增益对最小激光器输出功率和最优直流偏置相移的影响．数值仿真结果表明：随着前置放大器增益的增加,达到指定SNR所需的激光器输出功率变小,相应的最优直流偏置相移先减小后增大．对于QPSK调制信号,未加前置放大器时,SNR要达到15．56dB（BER=10-9）,激光器输出光功率至少为45dBm,而前置放大器增益为15dB时,只需要22．57dBm．     

石墨浆做背接触层的CdTe薄膜太阳电池的导纳谱表征

本文测试了掺杂石墨浆作背接触层的CdTe薄膜太阳电池的导纳谱,计算得到电池中存在的影响电池性能的缺陷能级及其俘获截面.掺杂石墨浆作背接触层的CdTe薄膜太阳电池中存在三个缺陷能级,其位置Et-Ev分别约为0.34,0.46和0.51eV,对应的俘获截面分别为2.23×10-16,2.41×10-14,4.38×10-13cm2.     

ZnO薄膜的L-MBE动力学机制

利用自制高纯ZnO陶瓷靶材进行了ZnO薄膜的激光分子束外延(L-MBE)生长, 发现ZnO薄膜的L-MBE生长的沉积速率远低于脉冲激光沉积(PLD)的沉积速率, 并且基于ZnO薄膜生长过程中ZnO靶材与纳秒脉冲激光的刻蚀实验现象, 利用脉冲激光烧蚀ZnO陶瓷靶材的热控制理论对ZnO靶材的低刻蚀速率和ZnO薄膜的低生长速率进行了分析讨论, 对实验结果进行了合理的解释. 分析了等离子体羽辉的形成过程及其动力学特征, 揭示了ZnO薄膜L-MBE生长所具有的独特动力学特性, 即高能等离子体冲击过程中的超饱和超快生长和脉冲间隙的热平衡弛豫的交替过程. 高能沉积粒子和低生长速率对于高结晶质量ZnO薄膜的外延制备是十分有利的.