《表7 分子中不同类C-O键的MBO(Mayer bond order)值随电场变化》

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《外电场下绝缘纸纤维二糖分子结构及特性研究》

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Mayer bond order（MBO）是由电子云密度和重叠矩阵计算所得，它可以直观地反映原子间同类键的强弱[20]。MBO值越小，表示该键的键能越小且越容易断裂。由纤维二糖的各键Mulliken重叠布居数分析可知，随着外场逐渐增强，糖苷键容易最先受到破坏，其次是吡喃环的C-O发生断裂造成开环，接着仲羟基断裂游离。选取键重叠布居数较小值的各同类键分析其在外电场作用下MBO值的变化趋势，找出容易破坏分子稳定结构的位置，有助于了解绝缘纸在外电场作用下的微观机理变化。糖苷键中C3-O11键和C12-O11键的MBO值在外电场下的变化见图9。由图9可知，C3-O11键的MBO值随着场强的增大而减小，键能也逐渐减小；C12-O11键的MBO值随着场强的增大而增大，键能也随着增大。这说明随着外电场的增大，位于坐标轴X负半轴的C3-O11键最易发生断裂，而由表6中C3原子和O11原子的电荷布居数不规则变化可知该断裂为异裂机理[21-22]。吡喃环中C4-O22键和C14-O23键的MBO值随外电场的变化见图10。随着外电场的增大，它们的MBO值都在逐渐减小，其中C4-O22键的MBO值降低的更快，键能也更低，说明外电场下X负半轴的吡喃环比正半轴的吡喃环更易破坏发生开环现象。吡喃环其他部位C原子与羟基连接键的MBO值在外电场的变化见图11。X负半轴的C1-O36键和C5-O34键的MBO值随着外电场的增大而增大，而X正半轴的C16-O42键、C19-O44键和C27-O32键随着外电场的增大逐渐减小，且C19-O44减小的较快。又根据图7和表6可知，X负半轴分子亲核性质的O34、O36电荷布居数随着电场增大逐渐减小，一些电子偏离原子的最高占据轨道，使得轨道间的排斥作用减弱，且由前文可知C1-O36键和C5-O34键的MBO值逐渐增大，因此X负半轴吡喃环中C1和C5处的羟基越来越不容易断裂游离。X正半轴分子亲电性的O32、O44电荷布居数随着外电场的增大逐渐增大，一些电子进入原子的最高占据轨道，使得轨道间的排斥作用增大，由于C19-O44键的MBO值较低，当电场强度达到一定值时，X正半轴吡喃环中C19处的仲羟基最终断裂游离，形成空间电荷。当模拟场强超过0.026 a.u.时优化不收敛，由此可知，绝缘纸的临界击穿场强为13.369 GV/m。当电场强度超过13.369 GV/m时，绝缘纸结构遭到破坏从而被击穿完全失去绝缘性能，引发变压器故障，导致电网不能安全稳定的运行。