一种可视化带电检测复合薄膜器件及其制备方法及应用

本发明属于电力设备故障监测，具体属于一种可视化带电检测复合薄膜器件及其制备方法及应用。

背景技术：

1、电力系统中在部分电气设备上开展相关作业前，首先要进行验电操作，验明电气设备或输电线路确无电压，从而防止带电装接地线、误碰带电设备等恶性事故的发生。目前，对输变电设备主要采用非接触式验电器进行验电，通过检测带电设备附近电场或局部放电相关参量实现验电功能，其在验电准确性、适应性、性价比等方面存在不足，在变电站、换流站等电磁环境复杂的场所可靠性较差。目前，具有带电状态可视化功能的绝缘材料在电网中尚无应用。如若电力设备在正常运行(带电)或停运时，其主绝缘材料颜色能发生可视化变化，将起到极大的安全提示和警示作用，有利于杜绝人身触电事故的发生。

2、截止目前，颜色变化可视化都是基于器件或设备导通时，产生可持续的电流来驱动材料的氧化还原反应实现其颜色变化的可视化功能，这种可视化的机理与绝缘材料无或极小的电流导通特性相违背，因此无法应用于电网。

3、现阶段的电气绝缘材料多为有机材料，有机材料(包括聚合物)的颜色主要由光学吸收或者荧光发射引起，前者是因吸收而反射(透射)出互补色，进入人眼睛；后者基于有机分子直接发射荧光产生颜色。共轭聚合物因为具有共轭电子轨道的相互作用，随着共轭长度的增加而实现带隙(导带到价带)的减少，使得光学吸收特征红移，逐步落入可见光区间，但带隙的减小往往会让材料具有一定的导电率，降低绝缘击穿场强，在带有高电压的绝缘设备中难以应用，因此，共轭有机材料往往难以用在电气绝缘领域。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种可视化带电检测复合薄膜器件及其制备方法及应用，同时具有良好的绝缘性能和颜色可视化变化的能力，拓宽了电致变色材料在带高压电的绝缘设备中的应用。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可视化带电检测复合薄膜器件，包括设置在绝缘聚合物基底层和电极层之间的c12-btbt电致变色薄膜活性层，所述绝缘聚合物基底层用于捕获空间电荷并传输至c12-btbt电致变色薄膜活性层，所述电极层与地线连接用于形成电势差加快空间电荷的传输。

3、进一步的，所述c12-btbt电致变色薄膜活性层的厚度为50nm～200nm。

4、进一步的，所述绝缘聚合物薄膜基底的厚度为0.1μm～100μm。

5、进一步的，所述绝缘聚合物薄膜基底为聚酰亚胺薄膜或聚苯乙烯薄膜。

6、进一步的，所述电极层为金电极层或铝电极层，厚度为50nm～200nm。

7、本发明还提供一种可视化带电检测复合薄膜器件的制备方法，具体步骤如下：

8、s1通过真空蒸镀在绝缘聚合物薄膜基底表面沉积50nm～200nm厚的c12-btbt电致变色薄膜活性层；

9、s2通过真空蒸镀在c12-btbt电致变色薄膜活性层表面沉积50nm～200nm厚的电极层，得到可视化带电检测复合薄膜器件。

10、本发明还提供一种可视化带电检测复合薄膜器件的应用，将可视化带电检测复合薄膜器件的绝缘聚合物基底层一侧粘贴在待检测电力设备上，电极层接地线，在365nm波长下紫外光照射可视化带电检测复合薄膜器件，具体的，待检测电力设备处于正电压下可视化带电检测复合薄膜器件的荧光强度上升，待检测电力设备处于负电压下可视化带电检测复合薄膜器件的荧光强度下降。

11、进一步的，所述可视化带电检测复合薄膜器件可检测的电压区间为5v～30kv，可检测的电场区间为1kv/mm～300kv/mm。

12、进一步的，采用共聚焦荧光光谱仪进行原位测试或肉眼观察得到荧光强度变化。

13、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

14、本发明提供一种可视化带电检测复合薄膜器件，其变色层采用2,7-双十二烷基苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩c12-btbt，c12-btbt是一种常见的共轭有机材料，其对空间电荷有着良好的传输和捕获能力，在外电场和空间电荷的作用下，绝缘聚合物基底层捕获待检测电力设备上的空间电荷并传输至c12-btbt电致变色薄膜活性层，c12-btbt电致变色薄膜活性层聚集的空间电荷产生的垂直电场能诱导能带出现弯曲现象，能带的调整会使得光致发光产生变化达到电场作用下的电致变色效果，本发明基于c12-btbt电致变色薄膜活性层的空间电荷诱导变色现象，将c12-btbt电致变色薄膜活性层于绝缘聚合物基底层复合后，提升了c12-btbt电致变色薄膜活性层的绝缘击穿场强、减低导电率，使可视化带电检测复合薄膜器件同时具有良好的绝缘性能和颜色的可视化变化，拓宽了电致变色材料在高压条件下的应用。

15、本发明的可视化带电检测复合薄膜器件通过真空蒸镀的方法将c12-btbt分子与绝缘薄膜实现了良好的复合，整体变色薄膜器件结构简单方便大规模制造。

16、本发明提供一种可视化带电检测复合薄膜器件，利用c12-btbt基于空间电荷注入和捕获影响光致发光的新变色机理，实现了能指示直流、不同频率交流电场的变色现象，建立了可视化、非接触式监测电力设备金属外壳带电的应用可能。

技术特征：

1.一种可视化带电检测复合薄膜器件，其特征在于，包括设置在绝缘聚合物基底层和电极层之间的c12-btbt电致变色薄膜活性层，所述绝缘聚合物基底层用于捕获空间电荷并传输至c12-btbt电致变色薄膜活性层，所述电极层与地线连接用于形成电势差加快空间电荷的传输。

2.根据权利要求1所述的一种可视化带电检测复合薄膜器件，其特征在于，所述c12-btbt电致变色薄膜活性层的厚度为50nm～200nm。

3.根据权利要求1所述的一种可视化带电检测复合薄膜器件，其特征在于，所述绝缘聚合物薄膜基底的厚度为0.1μm～100μm。

4.根据权利要求1所述的一种可视化带电检测复合薄膜器件，其特征在于，所述绝缘聚合物薄膜基底为聚酰亚胺薄膜或聚苯乙烯薄膜。

5.根据权利要求1所述的一种可视化带电检测复合薄膜器件，其特征在于，所述电极层为金电极层或铝电极层，厚度为50nm～200nm。

6.一种可视化带电检测复合薄膜器件的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

7.根据权利要求1-5中任一项所述的一种可视化带电检测复合薄膜器件的应用，其特征在于，将可视化带电检测复合薄膜器件的绝缘聚合物基底层一侧粘贴在待检测电力设备上，电极层接地线，在365nm波长下紫外光照射可视化带电检测复合薄膜器件，具体的，待检测电力设备处于正电压下可视化带电检测复合薄膜器件的荧光强度上升，待检测电力设备处于负电压下可视化带电检测复合薄膜器件的荧光强度下降。

8.根据权利要求7所述的一种可视化带电检测复合薄膜器件的应用，其特征在于，所述可视化带电检测复合薄膜器件可检测的电压区间为5v～30kv，可检测的电场区间为1kv/mm～300kv/mm。

9.根据权利要求7所述的一种可视化带电检测复合薄膜器件的应用，其特征在于，采用共聚焦荧光光谱仪进行原位测试或肉眼观察得到荧光强度变化。

技术总结
本发明提供一种可视化带电检测复合薄膜器件及其制备方法及应用，包括设置在绝缘聚合物基底层和电极层之间的C12‑BTBT电致变色薄膜活性层，所述绝缘聚合物基底层用于捕获空间电荷并传输至C12‑BTBT电致变色薄膜活性层，所述电极层与地线连接用于形成电势差加快空间电荷的传输。将所述可视化带电检测复合薄膜器件的荧光强度作为判断电力设备带电强度的依据，具体的，在正电压下可视化带电检测复合薄膜器件的荧光强度上升，在负电压下可视化带电检测复合薄膜器件的荧光强度下降，本发明的可视化带电检测复合薄膜器件同时具有良好的绝缘性能和颜色可视化变化的能力，拓宽了电致变色材料在带高压电的绝缘设备中的应用。

技术研发人员：朱远惟,江以航,李盛涛,鲁广昊,聂永杰
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13