Presentiamo una caratterizzazione delle condizioni chimiche che potrebbero causare un’emissione elettronica da una superficie di polietilene, innescando una scarica parziale in un vuoto isolato.
Nell’industria elettrica, il polietilene è comunemente il materiale più osato per formato lo strato di isolante polimerico nei cavi elettrici. Sfortunatamente, in corrente alternata, è noto che questo polimero subisce deterioramento, solitamente associato al processo di “treeing”.
Quest’ultimo fenomeno inizia all’interno di un difetto gassoso incorporato nella matrice polimerica, dentro il quale la rigidezza dielettrica del materiale subisce un decremento significativo, e un elettrone viene emesso dalla superficie del polimero verso il vuoto. Questo crea le condizioni per l’innesco di una serie di scariche parziali che degrada il materiale dall’interno, creando un albero di cavità in continua, ed autosostenuta, espansione.
Il meccanismo con il quale avviene l’emissione che causa la scarica è, molto probabilmente, l’effetto Schottky. È quindi molto importante definire le condizioni chimiche che più favoriscono l’emissione elettronica superficiale in fase iniziale.
Nel presente studio, abbiamo condotto una serie di calcoli con la teoria del funzionale densità per la caratterizzazione della struttura elettronica di diversi sistemi di polietilene chimicamente difettato. Il nostro scopo è stato quello di trovare una giusta combinazione di difetti che possa ridurre significativamente il lavoro di estrazione, e dare una corrente di emissione Schottky potenzialmente in linea con il riferimento sperimentale. Il lavoro di estrazione di ciascun sistema è stato il parametro chiave da seguire per definire le proprietà di emissione Schottky. Secondo i numerosi test da noi condotti, stabiliamo che è molto improbabile osservare emissione Schottky dal polietilene neutro, ovvero in assenza di una certa quantità di carica elettronica residua sulla superficie, la quale necessita di essere localizzata grazie alla presenza di stati elettronici supplementari, creati dai difetti chimici.
In particolare, abbiamo constatato che una superficie di polietilene ossidato, carico negativamente, presenta un lavoro di estrazione coerente con gli esperimenti