一种环保绝缘气体分子及其高通量设计方法与相

本发明属于新型环保绝缘气体分子设计，涉及一种环保绝缘气体分子及其高通量设计方法与相关装置。背景技术：1、六氟化硫(sf6)是目前中压和高压领域使用范围最广的气体，其绝缘和灭弧性能十分优越，但是其带来的环境问题也十分严重。因此，sf6替代是电力行业温室气体减排的迫切需求，2、目前，可以替代sf6的环保绝缘气体近半个世纪以来未取得突破性进展。理想的新型环保绝缘气体要求十分严苛：其综合绝缘性能需与sf6基本相当，不易液化，全球变暖潜能(global warming potential，gwp)尽量低，不破坏臭氧层，在设备内稳定，安全无毒等。上世纪60年代，国外就提出全氟异丁腈(c4f7n)、全氟戊酮(c5f10o)、三氟硫氮(nsf3)等新型环保绝缘气体，但其绝缘、液化、环保和安全性仍难以兼顾：c4f7n)全球变暖潜能值较高；c5f10o液化温度过高。为解决以上问题采用的与n2或co2混合，使得绝缘气体体系的性能为简单“线性加和”，无法真正实现气体间绝缘与液化温度等性能互补。除此之外，针对新型绝缘气体的设计与筛选也未有突破。现有的经验设计分子及杂化方法完全依赖经验耗时耗力，则新型环保绝缘气体分子无法被快速准确设计。因此，兼顾计算效率与准确性，在设计出的众多分子中快速地获得潜在的新型绝缘气体分子十分重要。技术实现思路1、本发明提供一种环保绝缘气体分子及其高通量设计方法与相关装置，以解决现有技术中的分子设计方法计算周期长、准确率低的技术问题。2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：3、第一方面，本发明提供一种环保绝缘气体分子高通量设计方法，包括以下步骤：4、建立包含绝缘气体分子微观放电参数及宏观物性参数的专用数据库；5、利用专用数据库构建气体分子性能评价与预测模型；6、通过气体分子性能评价与预测模型挑选优势基因并进行基因重组，通过骨架加基团构建新颖分子结构，增加用于高通量筛选的化学空间；7、采用气体分子性能评价与预测模型计算专用数据库及化学空间内的所有分子性能；8、设定性质范围，筛选计算得到的所有分子性能，获得符合设计要求的环保绝缘气体分子。9、进一步地，所述建立包含绝缘气体分子微观放电参数及宏观物性参数的专用数据库的步骤，具体包括：10、开展粒子束高通量实验，采用低能离子-分子速度成像装置，测量产物离子三维空间的动量分布，获得离子-分子反应动力学信息，分别通过电子碰撞电离的正离子质谱和低能量电子附着解离的负离子质谱实现对绝缘气体分子不同电离解离通道和吸附解离通道对应的分部截面和总截面的测量；11、利用高精度脉冲汤逊实验技术定量分析绝缘气体电子崩放电的微观、瞬态物理过程，通过电子动力学过程以及离子动力学过程，获得关键电子群参数，并得到临界击穿场强；12、采用beb和dm两种半经验的量子化学方法计算绝缘气体分子碰撞电离截面；基于r-matrix理论方法，分别计算较低能量和较高能量范围的分子弹性碰撞截面、动量转移截面、电子碰撞激发截面、振动激发截面和转动激发截面；所述较低能量为10ev以下；所述较高能量为100ev以上；13、通过求解系统的最小吉布斯自由能获得粒子组分，进而获得热态电弧等离子体的临界击穿场强；根据标准热力学函数计算绝缘气体分子的热力学参数；根据chapman-enskog理论，通过sonine多项式展开近似求解boltzmann方程获得电弧等离子体的输运参数；并计算电弧等离子体辐射系数。14、进一步地，所述利用专用数据库构建气体分子性能评价与预测模型的步骤，具体包括：15、利用专用数据库中的气体分子碰撞截面数据集，通过求解玻尔兹曼方程计算气体临界击穿场强，用于绝缘强度评价；16、通过开源化学信息工具包rdkit以及分子smiles码计算出用于描述分子的信息，利用机器学习技术，训练并优化气体分子液化温度预测模型和gwp预测模型；17、通过气体物性参数、磁流体动力学模型、热击穿评估模型和电击穿评估模型进行气体灭弧性能的定量评估；18、通过密度泛函理论及高斯软件对气体分子结构进行优化，建立动力学模型计算气体的热分解及产物组分，进行气体的热稳定性评价；19、利用毒性预测软件对分子毒性进行预测。20、进一步地，所述通过气体分子性能评价与预测模型挑选优势基因并进行基因重组，通过骨架加基团构建新颖分子结构，增加用于高通量筛选的化学空间的步骤，具体包括：采用气体分子性能评价与预测模型对不同分子结构对分子性质影响重要性进行排序，挑选优势基因并进行基因重组，通过骨架加基团构建新颖分子结构，增加用于高通量筛选的化学空间。21、进一步地，所述采用气体分子性能评价与预测模型计算专用数据库及化学空间内的所有分子性能的步骤中，得到的分子性能包括：分子的绝缘强度、液化温度、gwp、灭弧性能及毒性。22、进一步地，所述性质范围为：相对sf6的绝缘强度>1，液化温度<-20℃，gwp<1200，毒性lc50>20000ml/l。23、第二方面，本发明提供一种环保绝缘气体分子，上述一种环保绝缘气体分子高通量设计方法得到，所述环保绝缘气体分子为双三氟甲基硫醚。24、第三方面，本发明提供一种环保绝缘气体分子高通量设计系统，包括：25、数据库模块，用于建立包含绝缘气体分子微观放电参数及宏观物性参数的专用数据库；26、模型构建模块，用于利用专用数据库构建气体分子性能评价与预测模型；27、化学空间模块，用于通过气体分子性能评价与预测模型挑选优势基因并进行基因重组，通过骨架加基团构建新颖分子结构，增加用于高通量筛选的化学空间；28、计算模块，用于采用气体分子性能评价与预测模型计算专用数据库及化学空间内的所有分子性能；29、筛选模块，用于设定性质范围，筛选计算得到的所有分子性能，获得符合设计要求的环保绝缘气体分子。30、第四方面，本发明提供一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述方法的步骤。31、第五方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述方法的步骤。32、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：33、本发明公开了一种环保绝缘气体分子及其高通量设计方法与相关装置，通过建立包含绝缘气体分子微观放电参数及宏观物性参数的专用数据库，利用该数据库构建气体分子性能评价与预测模型，建立分子结构基因评分体系，提取优势基因并重组，通过骨架加基团增加用于高通量筛选的化学空间；利用性能评价与预测模型针对开源数据库海量分子及骨架加基团生成分子进行高通量筛选；根据目标性质范围，最终获得一种新型环保绝缘气体分子。本发明针对不同分子结构对分子性质影响重要性进行排序，即对分子片段进行打分，挑选优势基因并进行基因重组，避免了人为经验式分子杂化设计的局限性。本发明提高了新型环保绝缘气体分子设计的准确性，切实找到了一种综合性能优异的新型环保绝缘气体分子双三氟甲基硫醚。本发明基于材料基因工程构建绝缘气体专用数据库，通过人工智能等方法构建气体分子性能评价与预测模型，挖掘分子结构与气体性质的影响机制，能快速、准确地对气体进行性能评价与预测，提升了高通量筛选能力，节约了大量的人力物力时间，最终获得一种新型环保绝缘气体分子。显著提高了新型环保绝缘气体分子设计能力，解决了经验式分子设计的盲目与耗时问题，通过机器学习等高通量算法，大幅缩短了新型环保绝缘气体设计周期，显著提高了设计效率。