有机氟化物的常见反应（相对分子质量较大的氟化物有望替代SF6）

近年来，因为全球气候变暖海平面上升的原因，日本在太平洋上的一些无人居住的岛屿现已快被海水淹没。据京都议定书中规定，导致全球气候变暖原因之一——温室气体排放共6种：二氧化碳（CO₂）、甲烷（CH₄）、氧化亚氮（N₂O）、氢氟碳化合物（HFCs） 、全氟碳化合物（PFCs）和六氟化硫（SF6）。

众所周知，气体是高压电力设备及电力系统中重要的绝缘介质。据数据显示，SF6绝缘设备每年气体排放约达20000t，大气中的SF6浓度约为3.2ppt，相当于每年排放CO2气体47800000t，是CO2对大气温室效应的23900倍。据计算，SF6气体的排放每减少1t，按GWP（地球的温暖化系数）换算，就相当于减少了23900t的气体排放量。

多年来，SF6因其高耐电强度和优良的灭弧性能，已成为现阶段应用最广泛的绝缘气体之一。但其在使用过程中也存在诸多缺点：SF6对电场不均匀性的敏感程度较高，其耐电强度易受电极间导电微粒、电极表面粗糙度等因素的影响；SF6液化温度较高，在低温或高压下容易液化，不适用于严寒地区等。因此，我们在力求减少排放的同时，还需寻找能替代SF6的绝缘气体。

哈尔滨理工大学工程电介质及其应用教育部重点实验室的科研人员近期发现，仅从耐电性能方面考虑，相对分子质量较大的氟化物有望代替SF6成为新型绝缘气体。有关研究成果已发表在2018年《电工技术学报》第18期，论文题目为《基于密度泛函理论的SF6潜在可替代性气体介电性能分析》。

为减少SF6的使用，近年来各国研究学者主要从两方面加以研究：

一方面，在不大幅降低气体绝缘性能的前提下，在SF6中加入缓冲气体以减少其用量，使用的缓冲气体包括N2、CO2、CF4及惰性气体；

另一方面，寻找绝缘性能较好的气体来完全取代SF6。由于采用SF6混合气体的方法并不能完全消除SF6的使用，从环境角度考虑，寻找一种新的环境友好型气体绝缘介质来替代SF6气体才能更好地解决这一问题。

随着量子力学理论的发展，研究学者将量子理论与气体放电理论相结合，在SF6替代气体寻找方面逐渐有所突破。继“绝缘气体的介电强度与气体分子的微观参数有关”被发现后，哈尔滨理工大学的研究人员基于密度泛函理论对SF6可替代气体的介电性能进行研究，对影响气体介电强度的分子电离能及平均静态电子极化率进行计算，并采用回归分析方法得到气体介电强度与此两微观参数之间的相关性。

此外，他们进一步研究了气体两微观参数与分子结构的关系，得到电离能与平均静态电子极化率参量随分子结构的规律性变化，针对气体绝缘耐电性能方面指出SF6可替代气体的筛选方向，为新型绝缘气体的筛选与设计提供依据。

由相关性的分析结果得知，随着分子电离能及平均静态电子极化率的增大，气体的介电强度增强。据此，进一步研究了分子电离能及平均静态电子极化率特性。平均静态电子极化率与分子的相对分子质量及分子结构有关。分子链较长、具有极化率较高官能团或包含相对原子质量较大原子的分子具有较高的平均静态电子极化率；电离能随分子链长的增长而降低，随着氟原子个数的增加而增大，为获取具有较高电离能的分子可选用分子链较短、氟原子个数较多的分子。

研究结果表明：仅从耐电性能方面考虑，相对分子质量较大的氟化物有望代替SF6成为新型绝缘气体。SF6可替代气体的筛选方向为分子中包含相对原子质量较大原子的短链氟化物、分子中具有极化率较高官能团的短链氟化物，以及长链氟化物。（内容来源：《电工技术学报》；编辑：刘星）