基于分子动力学的天然酯绝缘油低温流动性能构效关系研究

针对天然酯(NE)绝缘油低温流动性差制约其应用的问题，研究人员通过分子动力学(MD)模拟，系统探究了酯基结构、脂肪酸饱和度、碳链长度及支链位置对倾点的影响。发现β-碳支链C9酸可使倾点降至?23.5?°C，为设计低倾点NE提供了分子层面的理论依据。

　　

随着全球绿色电力转型加速，天然酯(NE)绝缘油因其可生物降解、高闪点(约360?°C)等优势，正逐步替代传统矿物绝缘油。然而，NE在低温环境下易凝固的特性，严重制约了其在海上风电、高寒地区等场景的应用。现有降凝剂虽能改善倾点(pour point)，但无法从根本上改变分子结构。这一瓶颈促使研究人员从分子层面探索NE结构与低温性能的构效关系。

华北电力大学的研究团队在《Journal of Molecular Liquids》发表论文，首次采用分子动力学(MD)模拟技术，系统研究了NE分子结构对低温流动性能的影响。通过构建甘油(GLY)、三羟甲基丙烷(TMP)和季戊四醇(PE)三种酯基模型，以及不同饱和度、碳链长度和支链位置的脂肪酸组合，计算了均方位移(MSD)和自由体积分数(FFV)等关键参数，预测了分子结构变化对倾点的影响规律。

关键技术方法包括：1) 构建10种甘油三酯分子模型模拟不同不饱和度；2) 采用MSD和FFV线性拟合预测倾点；3) 对比α/β/γ-C支链异构体对低温性能的影响；4) 通过ReaxFF力场验证分子结构稳定性。

【Ester-based structure】
发现GLY的低温流动性显著优于TMP和PE，因其分子对称性更高，低温下分子运动能力更强。

【Unsaturated fatty acid chains】
证实NE倾点与脂肪酸链不饱和度呈正相关：含三烯酸(linolenic acid)的NE倾点比单烯酸(oleic acid)高9.3?°C。

【Carbon chain length】
C6-C10碳链研究表明，缩短碳链长度可有效降低倾点，但会牺牲介电强度等关键性能。

【Branched-chain structure】
突破性发现β-碳支链结构(β-C)的降凝效果最佳：β-C支链C9酸倾点(?23.5?°C)比直链C9低18.5?°C，因支链阻碍了分子低温聚集。

该研究首次从分子层面揭示了NE结构与低温性能的定量关系，为开发新一代低倾点NE提供了理论指导。特别是指明β-碳支链的独特作用，为分子设计开辟了新路径。未来可基于此优化NE分子结构，助力绿色变压器在极端环境下的应用，推动"双碳"目标实现。研究采用的MD模拟方法，也为其他功能流体材料的性能预测提供了范式参考。