基于銀納米基底表面增強(qiáng)的變壓器油中糠醛拉曼光譜原位檢測方法研究.pdf

1、油中溶解糠醛含量是診斷變壓器油紙絕緣老化的最常用指標(biāo)，如何準(zhǔn)確、快速檢測油中溶解糠醛含量是實(shí)現(xiàn)變壓器油紙絕緣老化程度診斷的關(guān)鍵，是確保油浸式電力變壓器安全可靠運(yùn)行的重要技術(shù)支撐。目前，油中溶解糠醛含量的常用檢測方法需對變壓器油樣進(jìn)行萃取等預(yù)處理，對操作人員和檢測環(huán)境要求高、操作過程復(fù)雜、檢測周期長，僅能在實(shí)驗(yàn)室操作完成。表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)采用激光作為檢測手段，無需復(fù)雜的預(yù)處理過程便可以實(shí)現(xiàn)混合液體中目標(biāo)物質(zhì)的快速、無損原位檢測，在變壓

2、器油中溶解老化特征物的檢測領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。論文開展了變壓器油中溶解糠醛表面增強(qiáng)拉曼光譜原位檢測方法研究，主要工作如下：
　　①基于密度泛函理論構(gòu)建了糠醛分子高斯仿真計(jì)算模型，通過對基組參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化選取，分析了糠醛分子的拉曼振動(dòng)特性，指認(rèn)出其全部24處拉曼譜峰的振動(dòng)模式歸屬；構(gòu)建不同吸附位置的糠醛分子-銀簇復(fù)合模型，分析了糠醛分子在不同吸附位置的表面增強(qiáng)拉曼振動(dòng)特性及其拉曼譜峰的振動(dòng)模式歸屬，為研究糠醛分子在銀質(zhì)基底表面的吸

3、附特征提供了理論參考。
　?、卺槍ψ儔浩饔椭腥芙馕⒘靠啡┑脑粰z測要求，模塊化設(shè)計(jì)并搭建了液體表面增強(qiáng)拉曼光譜檢測平臺；選取最優(yōu)檢測參數(shù)并制定了詳細(xì)的原位檢測流程，為實(shí)驗(yàn)研究糠醛表面增強(qiáng)拉曼光譜原位檢測提供了硬件支持。
　?、蹜?yīng)用改進(jìn)的置換法在銅片上直接制備了片狀和塊狀銀納米顆粒，仿真研究了銀納米顆粒的表面電場分布，發(fā)現(xiàn)兩者的表面增強(qiáng)“熱點(diǎn)”均分布在顆粒表面曲率較大的位置以及金屬顆粒間的間隙位置；以制備的銅基銀納米顆粒為表面

4、增強(qiáng)基底，對不同糠醛含量的變壓器油樣進(jìn)行原位檢測，分別選取756和1571 cm-1作為片狀和塊狀銀納米基底的表面增強(qiáng)拉曼特征譜峰，其最小檢測濃度分別達(dá)到了0.50和0.42 mg/L；選取相應(yīng)內(nèi)標(biāo)峰，基于最小二乘法構(gòu)建了定量分析模型；對兩種增強(qiáng)基底的增強(qiáng)效果、檢測可重復(fù)性等檢測性能進(jìn)行分析，驗(yàn)證了以銅基銀納米顆粒為表面增強(qiáng)基底原位檢測油中溶解糠醛含量的可行性。
　?、転楂@取表面形貌更加均一、檢測可重復(fù)性更好的表面增強(qiáng)基底，采用無

5、掩模反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)與磁控濺射技術(shù)相結(jié)合的方法，在硅片表面制備了硅基銀納米柱材料；對其表面電場分布進(jìn)行仿真分析發(fā)現(xiàn)，表面增強(qiáng)“熱點(diǎn)”均分布在柱與柱之間的間隙和顆粒表面曲率較大的位置；以硅基銀納米柱顆粒為表面增強(qiáng)基底，對不同糠醛含量的變壓器油樣進(jìn)行原位檢測，選取929 cm-1作為表面增強(qiáng)拉曼特征譜峰，其最小檢測濃度為1.2 mg/L，增強(qiáng)效果略低于銅基銀納米顆粒；以929和1005 cm-1處的相對拉曼強(qiáng)度為自變量，基于最小二乘法建立了

6、硅基銀納米柱的油中溶解糠醛定量分析模型；與銅基銀納米顆粒相比，硅基銀納米柱顆粒的均一性和可重復(fù)性更好，但更易被氧化。
　　綜上，論文基于密度泛函理論計(jì)算分析了糠醛分子的表面增強(qiáng)拉曼特性；針對變壓器油中溶解微量糠醛的原位檢測要求，設(shè)計(jì)并搭建了液體表面增強(qiáng)拉曼光譜檢測平臺；分別應(yīng)用“化學(xué)”和“物理”方法制備了不同形貌的銀納米顆粒，并對其油中溶解糠醛原位檢測性能進(jìn)行了對比分析，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了基于表面增強(qiáng)拉曼光譜方法實(shí)現(xiàn)變壓器油中糠醛原位檢測