單壁碳納米管傳感器檢測SF6局部放電分解組分的氣敏性研究.pdf

1、六氟化硫氣體（SF6），具有較高的電氣強度，優(yōu)良的滅弧性能，被廣泛應用于氣體絕緣組合電器（GasInsulatedSwitchgear，GIS）中。長期運行過程中，GIS內部絕緣缺陷處會發(fā)生局部放電（PartialDischarge，PD），導致SF6發(fā)生分解反應，生成不同的氣體組分。檢測和分析SF6分解的特征氣體組分對GIS的故障診斷具有重要意義。而從混合氣體組分中檢測出特征組分是主要難題。
　　本文在分析現(xiàn)有的特征組分檢測方法

2、不足的基礎上，將納米氣敏傳感技術應用于SF6分解的特征組分的檢測，研制了單壁碳納米管氣體傳感器，通過理論仿真和氣敏實驗對單壁碳納米管的微觀氣敏機理和宏觀氣敏特性進行研究。
　　利用MaterialsStudio（MS）建立了SF6放電分解生成的四種主要氣體組分（SOF2、SO2F2、SO2、CF4）與單壁碳納米管的微觀吸附模型，并根據(jù)密度泛函理論（DFT）對吸附過程進行理論計算。主要研究和分析了羥基修飾單壁碳納米管（hydroxy

3、lationsingle-wallcarbonnanobutes，SWNT-OH）的微觀氣敏機理。首先，根據(jù)計算結果對SWNT-OH與四種分子的吸附能力進行了判斷。其次，根據(jù)分子前線軌道理論分析了SWNT-OH與四種分子發(fā)生吸附作用的難易程度。第三，根據(jù)能隙計算結果研究了氣體分子吸附在SWNT-OH上對其表面載流子轉移能力的影響，并結合態(tài)密度計算結果分析了SO2與SWNT-OH吸附過程中的原子軌道雜化情況。最后，將SWNT-OH與本征S

4、WNT的計算結果進行對比。計算結果表明：四種分子中，SWNT-OH最容易與SO2發(fā)生吸附作用，吸附能力最強；且吸附SO2后，能隙減小，導致其上電子轉移能力提高；吸附過程中，兩者原子的部分軌道趨于雜化形成電子輸運通道，有利于兩者之間的電子轉移。SWNT-OH對四種分子的吸附能力高于本征SWNT的吸附能力。
　　采用叉指電極印制電路板為基底，制備了SWNT-OH及本征SWNT氣體傳感器，利用SOF2、SO2F2、SO2、CF4標氣進行