從聚酰亞胺單分子鏈電荷陷阱特性的改變探討體材料的沿面放電現(xiàn)象*

李亞莎 夏宇 劉世沖 瞿聰

(三峽大學電氣與新能源學院,宜昌 443002)

沿面放電是破壞絕緣系統(tǒng)性能的原因之一.聚酰亞胺常用于高頻電力設備的氣-固絕緣中,為此利用密度泛函理論,從原子分子層面探討了在外電場下聚酰亞胺及其受極性基團OH—影響后的單分子鏈結構、能級與態(tài)密度、靜電勢、激發(fā)態(tài)等微觀參數(shù)對陷阱形成以及沿面放電的影響.結果表明,外電場下,聚酰亞胺分子結構卷曲,偶極矩增加,易于積聚電荷形成空間電荷中心,尤屬引入極性基團OH—后變化較明顯;聚酰亞胺分子中,苯環(huán)區(qū)域形成空穴陷阱,酰亞胺環(huán)區(qū)域形成電子陷阱,且電子陷阱能級的數(shù)量較多,其中空間電荷陷阱深度隨外電場的增加逐漸變深;聚酰亞胺分子在引入極性基團OH—后激發(fā)能降低,使得分子內部的電子變得容易被激發(fā);電子與空穴的空間分離度隨電場增加而降低,利于空穴與電子的復合而發(fā)出光子.

1 引言

沿面放電現(xiàn)象一直影響著高壓電氣設備的穩(wěn)定運行,它的實質是中性氣體分子中產(chǎn)生了有效電子,并在電場的作用下發(fā)展為沿固體絕緣介質表面的電子崩和流注等一類有害的放電現(xiàn)象.絕緣材料中,聚酰亞胺因具有高擊穿強度而被應用于高頻輸變電裝備的絕緣之中[1,2],這些高頻電力設備大多采用空氣-聚酰亞胺構成的氣-固絕緣系統(tǒng)[3].

在不同因素的影響下,空氣-聚酰亞胺絕緣系統(tǒng)的薄弱處最容易發(fā)生沿面放電.如溫度的升高,使得聚酰亞胺材料的沿面閃絡場強遠小于氣隙擊穿場強,在絕緣薄弱處易發(fā)生放電,造成絕緣失效[4];電場則會使聚酰亞胺分子中形成陷阱,沿面放電的發(fā)生便與介質的陷阱分布特性有關[5].因此,針對沿面放電現(xiàn)象,了解聚酰亞胺分子微觀參數(shù)對介質間電子輸運特性以及陷阱的影響,便顯得較為重要.

在現(xiàn)有文獻中,對聚酰亞胺界面處沿面放電的研究,主要集中在以高頻放電試驗平臺、反應分子動力學以及數(shù)值仿真模型計算等方法[6-10]來探討電壓頻率、氣體分解吸附、活性離子沖擊作用、帶電粒子累積效應對放電的影響,揭示了沿面放電與空間電荷分布、聚酰亞胺介質表面電荷積累有關.對于分子中的陷阱,它通過影響電荷的入陷、脫陷、復合等過程,進而影響電荷的能量與數(shù)量,其中脫陷后的電子會不斷去撞擊介質表面的氣體分子使之電離[11],而影響放電的后續(xù)發(fā)展.另有,聚酰亞胺分子內部的C—N 斷裂是電場作用下裂解的初始反應,在斷鏈降解后,會產(chǎn)生H2O,CO,N2,CO2等氣體小分子[11,12]以及 OH—,—C=O 等極性基團,這些在固體材料內部產(chǎn)生的雜質,會增加材料的陷阱密度,降低擊穿強度[13,14].但以上實驗無法檢測到與分子中電子輸運特性相關的前線軌道能級,因此還需要有效的分析手段,來衡量絕緣介質微觀層面與沿面放電間的關系.

隨著分子模擬技術在“計算高壓工程學”的應用,通過分子的能級分布、電荷布居、靜電勢等微觀參數(shù)[15-17],可深入了解絕緣材料介電特性的內在機理.為此本文運用量子化學計算,基于Gaussian09軟件[18]建立了聚酰亞胺、引入極性基團OH—的聚酰亞胺兩種單分子鏈,去構建外電場下聚酰亞胺分子的軌道能級、靜電勢、激發(fā)態(tài)等微觀性質與陷阱之間的聯(lián)系,利用所得結果來分析聚酰亞胺分子中電荷變化機制,以及有效區(qū)別出聚酰亞胺材料中的空穴和電子陷阱,進而為探討體材料沿面放電現(xiàn)象提供微觀上的理論參考.

2 模型建立與仿真方法

2.1 分子模型建立

聚酰亞胺(PI) 是分子主鏈中具有酰亞胺環(huán)(—CO—N—CO—)的一類聚合物材料,選用常見的以二氨基二苯醚單體和均苯四甲酸二肝單體聚合而成的聚酰亞胺為研究對象,分子結構式如圖1所示.

圖1 PI 分子結構式Fig.1.Molecular formula of PI.

在模型構建中,由于聚酰亞胺多聚體的中間片段結構基本一致[19],且氫鍵對于單分子鏈的電荷研究影響較弱,故而在近似氫鍵的作用下,利用H 原子將圖1 中帶有編號的PI 分子中間單體片段形成飽和結構,在此基礎上構建出聚酰亞胺二聚體、三聚體單分子鏈.選用密度泛函理論(DFT)中M06-2X/6-31g 方法,對PI 分子聚合度(N)的影響進行初步計算,結果如表1 所列.

由表1 數(shù)據(jù)得,三者間主要鍵長變化范圍為0—0.002 nm,鍵角變化范圍為0°—0.138°,變化較小,認為分子的聚合度對本文研究內容影響甚小,同時利用軟件中IR 頻譜分析后無虛頻,因此可選取聚酰亞胺中間鏈段結構來表征整個高分子聚合物結構.此外,陷阱可能分布在聚酰亞胺同一分子鏈的不同片段上,而在聚酰亞胺未擊穿前,陷阱之間不存在導電路徑的關聯(lián)耦合情況.綜上,為了達到分析目的,構建了對PI 分子結構與陷阱近似化后的PI 分子二聚體單鏈結構,以此作為聚酰亞胺的模型物并展開后續(xù)量子化學計算.

表1 聚酰亞胺片斷部分鍵長與鍵角Table 1.Partial bond length and bond angle of polyimide fragments.

在沿面放電發(fā)生過程中,空氣中H2O,O2,N2等氣體分子易受等離子體的影響,被電離形成OH—等高活性粒子,從而在外電場下導致PI 分子中接入極性基團,其中隨著外加電場的增強,負極性基團對絕緣材料內部場強的影響占據(jù)主導地位,會促進空間電荷的注入,而基團往往是在低場強下解離出異性電荷而影響電荷的注入[20,21],因此為了更全面地分析絕緣介質在強電場下的微觀結構與沿面放電的關系,利用現(xiàn)有實驗對PI 分子鍵級的分析數(shù)據(jù)[22],得到碳-氫鍵成鍵強度較弱,建立了苯環(huán)側端接枝OH—極性基團后的PI 分子二聚體單鏈結構,本文中該分子以PI-OH命名.

2.2 仿真計算與模擬方法

采用DFT//M06-2X/6-31g 方法對初始聚酰亞胺二聚體單鏈分子進行結構優(yōu)化,計算過程中,由于PI 分子屬于不對稱性的分子點群,因此加入關鍵詞nosymm 不考慮結構對稱性來去除施加外電場后及計算靜電勢時的體系坐標朝向問題,同時加入int=ultrafine 來提高積分精度,得到了圖2中能量最低的PI 和PI-OH 單鏈分子優(yōu)化模型.在此基礎上,采用相同的方法與基組,選用field 關鍵詞沿Z軸垂直于分子主鏈方向施加步長為0.001 a.u.(1 a.u.=5.142 × 1011V/m)的直流電場,電場范圍為F=0—0.010 a.u.,對其進行優(yōu)化與電子體系計算,以此來分析聚酰亞胺分子的微觀機理.

圖2 分子優(yōu)化模型 (a) PI 分子單鏈;(b) PI-OH 分子單鏈Fig.2.Molecular optimization model:(a) PI molecular single chain;(b) Pi-OH molecular single chain.

在量子化學中,當使用態(tài)密度(DOS)考察體系電子結構時,態(tài)指的是分子軌道[23],如(1)式所示:

式中,ε是軌道能量,δ是狄拉克δ函數(shù),所以通過分子態(tài)密度圖,能直觀地反映出分子軌道的空穴陷阱能級密度、電子陷阱能級密度的分布情況.

電子親和勢EEA為分子中獲得電子后的能量變化,數(shù)值應為優(yōu)化后的中性分子總能量E(N)與一價陰離子的總能量E(N+1)之差,如(2)式所示:

強場下的電離過程需考慮分子內部電子的激發(fā),DFT 理論雖也是基于電子密度進行計算,但電子的激發(fā)過程是隨機演變的,因此選用含時密度泛函(TD-DFT),利用微擾論提供的比較準確的響應函數(shù)來考察分子的電子激發(fā)特征.定義空穴-電子的電荷密度表達式如下[24]:

式中,r為坐標矢量;ρele和ρhole分別為電子密度分布與空穴密度分布,二者均分為局域項loc 與交叉項cross 兩部分.

3 結果分析

3.1 外電場對分子幾何結構和偶極矩的影響

3.1.1 幾何結構參數(shù)變化

分子結構的變化,會影響材料的性能.表2 列出了不同電場強度下兩種分子的主要結構參數(shù).

表2 不同外電場下分子的幾何結構Table 2.Molecular geometry under different external electric fields.

表2 中R(50,55)和R(46,51)分別對應分子中與苯環(huán)相連處酰亞胺環(huán)內的C—N 鍵長,A(63,70,71)和A(59,66,67)代表分子中醚鍵的鍵角.隨著外電場的增加,PI 與PI-OH 單鏈分子中酰亞胺環(huán)內C—N 鍵均變長,而鍵長的增加會令C—N鍵的強度下降,鍵能減小,結合酰亞胺環(huán)C—N 鍵級較弱[19],因此電場強度的持續(xù)增加,必將使C—N鍵斷鍵,令酰亞胺環(huán)發(fā)生開環(huán)降解,出現(xiàn)自由基.電場下PI 單鏈分子中醚鍵鍵角A(63,70,71)的變化,相較于PI-OH 單鏈分子中A(59,66,67)的變化幅度較小,但醚鍵取向在電場作用下的改變,使分子結構相對發(fā)生卷曲,易形成物理陷阱而降低分子結構的穩(wěn)定性,尤屬引入極性基團OH—后的PI 分子變化最大.除此之外,溫度的升高會誘導聚酰亞胺主鏈中部分化學基團熱振動加劇[25],改變分子的鍵角,而對聚酰亞胺在高溫下的尺寸熱穩(wěn)定性產(chǎn)生影響.

3.1.2 分子偶極矩變化

偶極矩μ可用來表示分子的極性.圖3 為PI和PI-OH 兩種單分子鏈的偶極矩隨外電場變化的趨勢.可以看出,隨著外電場的增加,二者偶極矩由2.694 Debye (1 Debye ≈ 3.335 × 10—30C·m)和2.156 Debye 分別增長至15.385 Debye 和23.651 Debye,其中PI-OH 分子單鏈的偶極矩變化斜率大于PI 分子單鏈.

圖3 分子偶極矩的變化Fig.3.Changes of molecular dipole moments.

偶極矩的增加使分子極性變大,正、負電荷中心間距越來越遠,在聚酰亞胺內部將沿電場方向產(chǎn)生感應偶極矩,改變分子原本的電場分布,這些變化會在材料表面引出極化電荷,造成電介質的極化,進而容易積聚電荷,形成空間電荷中心.因此通過偶極矩的分析,可認為外電場下聚酰亞胺分子極性加強,而且受極性基團OH—影響后的PI 分子更容易在外電場下發(fā)生介質極化.

3.2 前線軌道能級與陷阱形成

絕緣介質分子的陷阱形成以及俘獲特性可通過前線軌道能級來反映.為此計算了不同外電場下PI 和PI-OH 單鏈分子的能級軌道值,得到了HOMO 能級EH,LUMO 能級EL以及能隙EG,結果如表3 所列.

表3 不同外電場下分子前線軌道能級的變化Table 3.Changes of molecular frontier orbital energy levels under different external electric fields.

由表3 數(shù)據(jù)可知,隨著外電場的增加,HOMO能級整體逐漸增大,LUMO 能級不斷減小,二者的差異性變化導致分子中出現(xiàn)陷阱位點.PI 和PI-OH分子的能隙值隨電場的增加均在減小,其中PIOH 的能隙變化較明顯,從起初4.469 eV 降低到1.914 eV,因此PI-OH 中的電子相對較活潑且更容易過渡到高能級軌道,所以在沿面放電的起始階段,極性基團在很大程度上會影響到聚酰亞胺絕緣材料的性能.

圖4 給出了不同電場下PI 與PI-OH 單鏈分子的軌道云圖與能級軌道分布圖,可以更直觀地了解分子內部陷阱的形成.

圖4中,上面云圖為LUMO,下面云圖為HOMO.隨著電場的增加,PI 和PI-OH 單鏈分子的HOMO軌道云圖清晰地被鎖定在分子的苯環(huán)上,且HOMO軌道值高于無電場時的軌道值,因此最容易失電子起到空穴陷阱的作用,在沿面放電中,空穴陷阱往往會發(fā)生電子與空穴的復合而產(chǎn)生光子,而這也是氣體流注放電的基本條件之一.LUMO 軌道云圖逐漸穩(wěn)定在酰亞胺環(huán)上,且LUMO 軌道值低于無電場時的軌道值,故酰亞胺環(huán)區(qū)域將作為PI 分子的電子陷阱來捕捉電子.

圖4 軌道云圖與能級分布圖Fig.4.Orbital cloud diagram and energy level distribution diagram.

3.3 DOS 陷阱能級位點分析

結合前線軌道能級分布,為了更好地了解聚酰亞胺分子的局域能量態(tài),利用Multiwfn 波函數(shù)分析軟件[24],計算并繪制了PI 與PI-OH 分子結構的態(tài)密度(DOS),如圖5 所示.

圖5 不同電場下分子態(tài)密度圖 (a) PI 分子;(b) PI-OH 分子Fig.5.Molecular density of states under different electric fields:(a) Pi molecule;(b) PI-OH molecule.

由圖5 可以明顯看出,電場下的PI 與PI-OH分子的HOMO 與LUMO 附近存在DOS 峰值,相較于其他DOS 峰值,它們的分布較窄且峰值較低,表明電場的作用使聚酰亞胺分子中出現(xiàn)了局域能態(tài).其中圖5(b)的PI-OH 分子陷阱能級比圖5(a)中的PI 分子分布密集,所以形成的深淺陷阱能級較多.通過對比PI 與PI-OH 分子所形成的陷阱能級數(shù)量可以發(fā)現(xiàn),電場作用下二者電子陷阱能級的數(shù)量均變多,且相對多于空穴陷阱能級的數(shù)量,這也意味著電荷積聚引起PI 介質表面場強發(fā)生畸變而引起沿面放電,主要是由于電子陷阱所在區(qū)域長時間捕獲電荷造成的.

3.4 PI 分子的空間電荷陷阱深度計算

空間電荷陷阱深度可表示為分子體系未產(chǎn)生缺陷的電子親和勢能減去有缺陷的電子親和勢能[26].為此,利用密度泛函理論,計算了PI 與PI-OH 單鏈分子的空間電荷陷阱深度.

由PI 單鏈分子的幾何結構分析可知,分子中酰亞胺環(huán)的C—N 鍵容易發(fā)生斷鍵,故而構建了C—N 斷鍵后的PI 和PI-OH 單鏈缺陷分子,進行結構幾何優(yōu)化與能量計算,最終計算的電子親和勢以及計算后的空間電荷陷阱深度值列于表4 中,表中EEA(a)為未產(chǎn)生缺陷的電子親和勢,EEA(b)為有缺陷的電子親和勢,Etrap為空間電荷陷阱深度.

從表4 可知,隨著電場的增加PI 單鏈分子的陷阱深度由0.113 eV 增至1.214 eV,而PI-OH 單鏈分子陷阱深度從0.326 eV 變?yōu)?.906 eV 后又減小到0.734 eV,陷阱深度整體上在增大,但低于未受影響的PI 分子,造成該變化的原因是引入的極性基團可以淺化深陷阱能級[20].文獻[27]通過施加工頻50 Hz、外加場強80 kV/mm 的PI 薄膜耐電暈實驗,測得了PI 薄膜的陷阱深度在0.55—1.07 eV 之間,這與本文計算后的部分數(shù)值符合較好,由此可見,電場的作用會改變分子內部的電荷分布而加深空間電荷陷阱深度.

表4 電場下空間電荷陷阱深度的變化Table 4.Changes of space charge trap depth under electric field.

3.5 靜電勢預測PI 分子活性位點

絕緣材料分子中電荷的靜電力作用會在其周圍形成靜電勢場,且聚合物陷阱的分布也與靜電勢相關.利用Multiwfn 波函數(shù)軟件及其可視化程序VMD 繪制了F=0 a.u.時PI 與PI-OH 單鏈分子表面三維靜電勢場,如圖6 所示.

靜電勢圖中,紅色代表正靜電勢值,藍色代表負靜電勢值.從圖6 可以較明顯地看出酰亞胺環(huán)區(qū)域帶正靜電勢,苯環(huán)區(qū)域顯現(xiàn)負靜電勢.在分子活性位點的分析中,認為正靜電勢的親核活性較強,容易吸引電子靠近,而負靜電勢的親電活性較強,易吸引空穴靠近,所以正靜電勢捕獲電子并轉化為電子型陷阱,而負靜電勢捕獲空穴并轉化為空穴型陷阱,這與上文能級軌道云圖分析出陷阱所在位置相符合.通過對比發(fā)現(xiàn),引入極性基團的PI-OH 單鏈分子靜電勢范圍為—188.36—255.34 kJ/mol,較PI 單鏈分子的靜電勢范圍—129.73 —234.41 kJ/mol分布廣.除此之外,二者的正靜電勢均比負靜電勢的數(shù)值大,由此演化到整個聚酰亞胺體材料,可以確定聚酰亞胺分子內部在形成陷阱的過程中,電子陷阱占主導.電子陷阱雖可抑制電子的自由移動,但隨著陷阱逐漸加深,積聚的電子長時間無法脫陷,造成局部強場而發(fā)生沿面放電現(xiàn)象.

圖6 分子表面靜電勢 (a) PI 分子;(b) PI-OH 分子Fig.6.Molecular surface electrostatic potential:(a) PI molecule;(b) PI-OH molecule.

3.6 PI 分子激發(fā)態(tài)的考察

由上文能級軌道可知,PI 和PI-OH 單鏈分子在外電場的作用下能隙減小,電子易被激發(fā),而激發(fā)過程是很迅速的,約10—7—10—8s.此外,固體介質分子中,電子的激發(fā)還會改變氣-固體界面分子間的作用力.為此采用TD-DFT//M06-2X/6-311g(d)方法計算了PI 與PI-OH 分子無外電場的前8 個激發(fā)態(tài)的激發(fā)能,如表5 所列.

表5 中,PI-OH 單鏈分子前8 個激發(fā)態(tài)的激發(fā)能普遍要低于PI 單鏈分子,表明極性基團影響后的PI 分子中,電子的激發(fā)所需要的能量較小.值得注意的是,空氣中某些氣體如N2,O2與H2O的第一激發(fā)能分別為6.1,7.9 和7.6 eV,所以一旦空氣-聚酰亞胺絕緣系統(tǒng)發(fā)生沿面放電時,聚酰亞胺分子中的電子只需很小的一部分能量便會被激發(fā),降低其絕緣性能.

表5 PI 和PI-OH 單鏈分子的前8 個激發(fā)能Table 5.Top 8 excitation energies of PI and PI-OH single molecules.

激發(fā)后的電子會在軌道之間躍遷,使用Multiwfn軟件做空穴-電子分析,繪制出等值面為0.06 的PI 單鏈分子軌道躍遷圖,如圖7 所示,圖中藍色對應空穴分布,綠色對應電子分布.激發(fā)態(tài)S(0)→S(1)的各類參數(shù)如表6 所列,其中定義空穴-電子重疊度的幾何平均值為Sr指數(shù),空穴-電子質心間距為D指數(shù),空穴-電子分離度為t指數(shù)以及各軌道的貢獻值[24].

結合表6 和圖7 可知,未加電場時,S(0)→S(1)中PI 分子的空穴和電子軌道主要由MO 197(HOMO)和MO 198 (LUMO)構成,D指數(shù)較大,Sr指數(shù)較小,基本可以確定PI 分子在激發(fā)時主要是由苯環(huán)中C 原子的π 軌道激發(fā)到酰亞胺環(huán)C,O 原子的π*軌道的單電荷轉移激發(fā)(CT),在π*軌道中,由于核間的電子概率密度小,電子容易填入π*軌道而降低PI 分子的穩(wěn)定性.隨著電場增加至F=0.010 a.u.,Sr指數(shù)變大,D和t指數(shù)減小,表明空穴與電子二者間距離縮短,空間分離度降低,該變化有利于激發(fā)態(tài)中空穴與電子的復合從而發(fā)出光子.

圖7 PI 單鏈分子的軌道躍遷 (a) F=0 a.u.;(b) F=0.010 a.u.Fig.7.Orbital transition of PI single molecule:(a) F=0 a.u.;(b) F=0.010 a.u..

表6 激發(fā)態(tài)S(0)→S(1)的各類參數(shù)Table 6.Various parameters of excited state S(0)→S(1).

4 討論

在聚合物分子的陷阱實驗中[28],沿面閃絡電壓與陷阱能級間的關系近似呈現(xiàn)正態(tài)分布,較深的陷阱能級可以產(chǎn)生多次電離而降低閃絡電壓,結合本文利用DOS 圖分析出的聚酰亞胺分子內電子陷阱能級數(shù)量較多,可見存在的電子陷阱并非越深越好.不僅如此,文獻[29]在對XLPE 進行熱老化絕緣評估時發(fā)現(xiàn),隨著電場強度的提高,所有XLPE試樣的電荷量比值在增大,說明空間電荷在不斷注入到材料中,將本文PI 分子單鏈的空間電荷深度隨電場增加而逐漸變深這一結論與之對照分析,可認為強電場下,PI 體材料分子中深陷阱與空間電荷彼此間的相互作用,會使電荷積聚在材料表層,從而在高場強下引起深陷阱周圍區(qū)域的電場畸變,使材料內部電子在向表層陷阱遷移過程中速度變快.此外,高分子鏈聚合物存在活躍的鏈段運動[30],考慮到電子的質量較小,溫度升高會影響電子的擴散能力,它與外電場的協(xié)同作用將賦予材料內部電子更大的能量,碰撞至介質內的分子鏈后,加劇了鏈段運動,更易與介質表面吸附的氣體分子碰撞,而引起氣體分子電離,導致?lián)舸﹫鰪娊档?

對沿面放電產(chǎn)生影響的除表層陷阱電場外,另一個便是光子的激發(fā).這兩個因素都會促使表面氣體電離,形成有效電子,而有效電子則是氣體放電的必要條件.激發(fā)態(tài)計算后的結果顯示,電場的施加,使聚酰亞胺分子中空穴與電子變得容易復合而發(fā)出光子.結合上文對PI 分子結構的分析,電場強度的持續(xù)作用會使C—N 鍵斷鍵,令酰亞胺環(huán)發(fā)生開環(huán)降解,分子內部的結晶區(qū)減少,無定形區(qū)增加而出現(xiàn)自由基,使得PI 絕緣材料的電導率增大,絕緣性能下降.在電離過程中,由于電離系數(shù)對場強的變化較敏感,且電子幾乎沒有體積,所以在陷阱電荷積聚造成的局部強場環(huán)境中,由光子電離出的自由電子只要有足夠的能量,便可逸出固體介質,很容易在聚酰亞胺介質表面形成二次電子崩.

5 結論

1)電場下,聚酰亞胺分子中酰亞胺環(huán)C—N鍵鍵長變長,醚鍵鍵角改變,偶極矩不斷變大,使部分電子擺脫原子核的束縛成為自由電子并發(fā)生位置移動,尤屬引入極性基團OH—后的PI 分子變化最為顯著,而失去束縛的自由電子為氣體電離所需的初始有效電子提供了條件.

2)分子軌道云圖與靜電勢圖表明苯環(huán)區(qū)域具有親電活性,酰亞胺環(huán)具有親核活性,使得聚酰亞胺體材料中空穴陷阱出現(xiàn)在分子中的苯環(huán)區(qū)域,電子陷阱出現(xiàn)在酰亞胺環(huán)區(qū)域.

3)態(tài)密度圖反映出電場下聚酰亞胺的電子陷阱能級數(shù)量相對多于空穴陷阱能級數(shù)量,且空間電荷陷阱深度在電場的作用下逐漸加深,所以聚酰亞胺體材料表面的沿面放電主要由電子陷阱調控,表面的局部放電首先會發(fā)生于酰亞胺環(huán)所在的電子深陷阱區(qū)域.

4) PI 分子的激發(fā)能相對較低,引入極性基團后,激發(fā)能由3.369 eV 降為3.091 eV,且隨著電場的增加,PI 分子的空穴與電子空間分離度降低,利于二者的復合而發(fā)出光子,在放電過程中,由復合發(fā)射出的光子會使崩尾處的中性離子發(fā)生光電離,產(chǎn)生出新的電子而形成二次電子崩.