等離子體改性碳納米管檢測SF6放電分解組分的氣敏特性研究.pdf

1、六氟化硫氣體(SF6)由于具有優(yōu)異的絕緣性能和滅弧性能而被廣泛地應(yīng)用于氣體絕緣組合電器(gas insulated switchgear，GIS)中。在長期運(yùn)行過程中，GIS內(nèi)部絕緣缺陷處會(huì)發(fā)生局部放電(Partial Discharge，PD)，導(dǎo)致SF6發(fā)生分解反應(yīng)，生成多種氣體組分。檢測和分析這些 SF6分解的特征氣體組分對 GIS的狀態(tài)評估及故障診斷具有重要意義。目前已有多種方法用于檢測SF6分解組分，但這些方法存在諸多不足?；?/p>

2、于碳納米管的氣敏傳感器由于具有靈敏度高、工作溫度低及尺寸小等優(yōu)點(diǎn)而適合用于SF6分解組分的在線監(jiān)測。本征碳納米管由于自身結(jié)構(gòu)的限制，只對少數(shù)幾種氣體(NO2、NH3等)具有較好的氣敏響應(yīng)特性，因此通常需要對碳納米管進(jìn)行化學(xué)修飾來提高其氣敏特性。氣敏傳感器對SF6分解組分存在交叉敏感即選擇性的問題，而且傳感器的靈敏度及響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間也有待進(jìn)一步的提高。
　　本文利用等離子體表面改性的方法對碳納米管進(jìn)行修飾，搭建了介質(zhì)阻擋放電等離子體發(fā)

3、生裝置，并基于該裝置利用空氣等離子體和 CF4等離子體這兩種典型的等離子體氣體對本征碳納米管進(jìn)行表面改性，制備了基于本征碳納米管及改性后碳納米管的氣敏傳感器。試驗(yàn)研究了這幾種傳感器種對SF6兩種重要的分解特征組分H2S和SO2的氣敏響應(yīng)特性，測定了傳感器諸如電阻變化率、響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間和穩(wěn)定性等性能指標(biāo)，并比較分析了這幾種傳感器的性能。同時(shí)深入分析了改性后碳納米管的氣敏響應(yīng)機(jī)理。
　　與本征碳納米管相比，經(jīng)空氣等離子體改性的碳納米管氣

4、敏傳感器對 H2S氣體的電阻變化率靈敏度有了較大幅度的提高，響應(yīng)時(shí)間也有所縮短。在經(jīng)空氣等離子體處理不同時(shí)間的碳納米管中，改性時(shí)間為60s的碳納米管的氣敏傳感器其氣敏響應(yīng)特性最好，并且具有良好的重復(fù)性和穩(wěn)定性，同時(shí) H2S氣體的濃度和傳感器的電阻變化率之間的滿足較好的線性關(guān)系。而經(jīng)空氣等離子體改性的碳納米管對 SO2氣體的電阻變化率靈敏度大幅度下降，對 SO2變得幾乎不在敏感。經(jīng)空氣等離子體改性的碳納米管對H2S表現(xiàn)出較好的選擇性。

5、r>　　與本征碳納米管相比，經(jīng) CF4等離子體改性的碳納米管氣敏傳感器對 H2S氣體的電阻變化率靈敏度有所提高，但提高幅度不如經(jīng)空氣等離子體改性的效果，在響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間方面比空氣等離子體改性的碳納米管卻有較大幅度的縮短。在經(jīng) CF4等離子體處理不同時(shí)間的碳納米管中，改性時(shí)間為10min的碳納米管的氣敏傳感器其氣敏響應(yīng)特性最好，響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間最短，具有較好的穩(wěn)定性和重復(fù)性。同時(shí)H2S氣體的濃度和傳感器的電阻變化率之間的滿足較好的線性關(guān)系