用于绝缘子检测的柔性电致发光器件构建方法

本发明属于绝缘子检测，具体涉及用于绝缘子检测的柔性电致发光器件构建方法。

背景技术：

1、绝缘子作为输电线路中不可或缺的核心部件，其可靠性直接关系到电网的全局安全。瓷绝缘子广泛应用于超特高压输电线路；在长期机械应力、强电磁场与严酷自然环境的多场耦合作用下，瓷绝缘子的绝缘特性、电化学耐受水平及电导特性均呈现出累积性、不可逆的劣化，最终演变为低值或零值故障，造成闪络甚至断串事故，对特高压骨干网架的系统稳定性造成重大隐患。

2、低值、零值绝缘子已基本丧失绝缘能力，其存在相当于减少了绝缘子串的有效爬电距离，使得整串绝缘水平大幅下降。因其在带电运行期间难以通过外观巡视发现，隐蔽性极强，一旦遭遇雷击或操作过电压，工频电弧将沿低零值绝缘子内部通道集中泄放，瞬间产生巨大热应力，导致钢帽炸裂、钢脚烧断，引发掉串甚至导线落地等恶性事故。因此，行业标准明确要求必须定期开展低值、零值检测，精准识别并剔除劣化绝缘子，是保障特高压骨干网架本质安全的迫切需求。

3、目前，针对特高压电力输送电线路零值绝缘子的检测主要包括绝缘电阻法、泄漏电流法、分布电压法、脉冲电流法、红外测温法、超声波法及电场测量法等。然而，这些传统技术在实际应用中均存在明显局限。红外测温法的原理是利用低零值绝缘子改变电压分布进而引起异常发热的现象进行检测；但由于绝缘子的盘面结构较为复杂，该方法容易产生检测盲区，且极易受环境温度的干扰；对于劣化初期的绝缘子，温升特征不显著，仅依赖热像极易出现漏检情况。电场测量法通过量化绝缘子串周围电场分布曲线判别故障，零值位置会出现电位下陷，但当传感器靠近时，其金属材质会改变原有电场分布；即便采用智能化巡检搭载传感器，也受限于测距精度，分辨率较低。绝缘电阻法需停电登塔逐片测量，效率低下且存在漏检；泄漏电流法判据复杂，难以从总电流中分离零值特征信号。分布电压法需带电接触式作业，安全风险高；脉冲电流法仅能粗测至串级，无法精确定位；超声波法无法直接判定绝缘电阻下降。

4、综上，现有技术或依赖人工、效率低下，或受环境干扰、判据复杂，难以兼顾便捷性与准确性，亟需研制一种适用于现场、简便高效的低零值检测方法。

5、绝缘子低零值后其承担电压下降，导致其表面电场强度发生变化。利用仿生学自诊断的方法，研制一种能够灵敏表征绝缘子表面电场变化的电致发光功能材料，通过材料响应实现绝缘状态的自诊断，成为了绝缘子低零值检测简便有效的新手段。然而，现有基于电致发光效应的绝缘子自检测方法仍存在发光寿命短、稳定性不足等问题，难以满足输电线路长期在线监测的应用需求。

6、为实现更高灵敏度的检测，引入了发光效率更优的掺铜硫化锌（zns:cu）发光材料。现有技术中电致发光涂层的制备主要是通过在硅橡胶或者环氧树脂中掺杂高浓度的zns:cu填料，对掺杂浓度进行调控，使涂层的激发阈值精确匹配绝缘子正常运行时的局部场强；而发生低值或零值状况时停止发光。该方法在阈值匹配、视觉亮度、施工适配性等方面均满足应用要求，但在实际现场应用中，现有方法的发光强度衰减很快、使用寿命较短，仅能持续工作15天的发光功能，导致需要频繁停电喷涂而丧失了推广应用价值。

7、zns:cu电致发光涂层使用寿命短的原因主要有两个：一是作为发光中心的cu离子与zns晶格（纤锌矿/闪锌矿）的间隙特征失配，受电场的作用非常容易在晶格间隙中穿梭和扩散，导致发光中心的不可逆失效而造成发光强度迅速下降；二是涂层材料疏松多孔的微观结构难以隔绝空气中的水分子和氧气分子等，水分子和氧气分子扩散到绝缘材料内部，氧分子使发光中心被氧化成硫酸盐或氧化物失活，水分子占据晶格缺陷位点，形成非辐射复合中心并通过溶剂化效应促进离子迁移过程，多场耦合作用下导致涂层失去发光性能。因此，为延长使用寿命并实现自诊断技术的稳定性，需要解决cu离子扩散和水氧入侵这两个关键问题。

技术实现思路

1、为解决背景技术提出的问题，本发明提供用于绝缘子检测的柔性电致发光器件构建方法。

2、本发明的技术方案如下：

3、本发明提供一种用于绝缘子检测的柔性电致发光器件构建方法，包括：

4、s1：构建核壳结构电致发光颗粒，所述核壳结构电致发光颗粒，自内向外依次包含三层结构：最内层为掺铜硫化锌发光内核；中间层为梯度掺杂过渡层，由发光内核组分与绝缘壳层组分共混渐进掺杂形成；最外层为包覆于梯度掺杂过渡层外表面的绝缘壳层；

5、s2：使用核壳结构电致发光颗粒制备发光层，构建柔性电致发光器件，所述柔性电致发光器件，由柔性透明材料为基底、覆于基底表面的发光层、覆于发光层表面的绝缘封装薄膜及绝缘密封胶一体化封装成型。

6、基于以上所述的用于绝缘子检测的柔性电致发光器件构建方法，所述核壳结构电致发光颗粒，为采用液相化学沉积法结合溶胶-凝胶法，通过调控绝缘壳层前驱体的过饱和度在所述发光内核外形成梯度掺杂过渡层而得。

7、基于以上所述的用于绝缘子检测的柔性电致发光器件构建方法，所述绝缘壳层，通过以下操作确定得到：

8、以掺铜硫化锌为发光内核，调整替位铜中心与间隙铜中心的浓度分布比例，直至达到预设条件，得到目标发光内核；

9、基于第一性原理计算，对候选绝缘壳层材料与所述目标发光内核的晶格匹配度、界面能及能带排列进行仿真筛选，确定绝缘壳层材料体系。

10、进一步的，基于以上所述的用于绝缘子检测的柔性电致发光器件构建方法，所述构建核壳结构电致发光颗粒，包括：

11、基于绝缘壳层材料体系，采用液相化学沉积法结合溶胶-凝胶法，在所述目标发光内核表面外延生长所述绝缘壳层，通过控制反应参数及绝缘壳层前驱体浓度，调节壳层的生长速率与厚度，得到核壳结构电致发光颗粒。

12、进一步的，基于以上所述的用于绝缘子检测的柔性电致发光器件构建方法，还包括对核壳结构电致发光颗粒进行后处理闭环优化，操作如下：

13、对核壳结构电致发光颗粒进行电化学阻抗谱、动态水分吸附、场发射扫描电镜、透射电镜、能量色散光谱面扫描及x射线光电子能谱测试，根据测试结果调整壳层生长参数直至得到目标核壳结构电致发光颗粒。

14、进一步的，基于以上所述的用于绝缘子检测的柔性电致发光器件构建方法，所述调整壳层生长参数包括：基于改进的wagner内氧化扩散增长动力学方程，定量调节绝缘壳层前驱体浓度与壳层厚度之间的非线性关联，控制纳米级壳层厚度。

15、基于以上所述的用于绝缘子检测的柔性电致发光器件构建方法，所述以核壳结构电致发光颗粒制备发光层，为利用末端带有活性官能团的有机配体分子对所述核壳结构电致发光颗粒进行改性，改性后的核壳结构电致发光颗粒分散于硅橡胶预聚体中，发生交联反应，形成发光墨水，发光墨水固化成膜得到发光层。

16、进一步的，基于以上所述的用于绝缘子检测的柔性电致发光器件构建方法，还包括在硅橡胶预聚体中引入二硫键或亚胺键。

17、基于以上所述的用于绝缘子检测的柔性电致发光器件构建方法，所述构建柔性电致发光器件，包括：

18、将发光墨水涂布于基底并固化形成发光层，采用绝缘封装薄膜对所述发光层进行包裹，利用绝缘密封胶对边缘及层间缝隙进行密封处理。

19、基于以上所述的用于绝缘子检测的柔性电致发光器件构建方法，所述柔性电致发光器件直接贴合于绝缘子表面。

20、有益效果

21、针对用于绝缘子检测的zns:cu颗粒的发光中心cu离子易于迁移扩散的问题，本发明首先在核壳结构电致发光颗粒构建阶段，科学设计核壳结构，并优化壳层工艺，防止cu离子的无规则迁移，解决了发光材料在高压电场下的cu离子迁移导致的发光稳定性问题。然后，利用核壳结构电致发光颗粒在发光层内部构建了稳固的“核壳颗粒-有机配体-硅橡胶基体”三维共价连接网络，再通过绝缘材料进行封装集成，构筑隔绝水分和气体的屏障，将其制备为无需物理电极连接的表贴式微型发光器件。在保障高强电场下实现高发光亮度与低阈值电压的同时，大幅延长了器件的服役寿命，使其能够长期稳定应用于输电线路绝缘子的在线自诊断检测。