碳納米管基硫化氫氣敏傳感器的研究.pdf

1、六氟化硫（SF6）氣體擁有優(yōu)良的理化特性和絕緣滅弧性能，作為絕緣介質(zhì)可大大減小設(shè)備尺寸，提高絕緣強(qiáng)度，因此在電氣設(shè)備上得到了廣泛的應(yīng)用。但當(dāng)設(shè)備中發(fā)生絕緣故障或設(shè)備內(nèi)部有缺陷時(shí)，放電產(chǎn)生的高溫電弧使SF6氣體發(fā)生分解，生成SOF2、HF、H2S和SO2等標(biāo)志性氣體。本文在借鑒和總結(jié)國(guó)內(nèi)外對(duì)SF6放電分解氣體檢測(cè)的研究基礎(chǔ)上，以H2S為檢測(cè)目標(biāo)，構(gòu)建基于碳納米管的半導(dǎo)體氣體傳感器，以期實(shí)現(xiàn)對(duì)SF6局部放電情況的檢測(cè)。本論文研究了官能化后碳

2、納米管薄膜對(duì)H2S氣體的吸附行為，從理論上對(duì)碳納米管吸附H2S氣體分子的吸附能進(jìn)行了計(jì)算。利用濕化學(xué)法制備了二氧化錫/碳納米管納米復(fù)合材料。并利用掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、X射線衍射儀（XRD）、X射線能譜（EDX）對(duì)樣品的形貌、結(jié)構(gòu)、成分進(jìn)行了分析表征。探討了不同反應(yīng)條件對(duì)復(fù)合材料的形貌影響，并對(duì)SnO2/MWCNTs納米復(fù)合材料的形成機(jī)理及氣敏機(jī)理進(jìn)行了討論；研究了SnO2/MWCNTs納米復(fù)合材料對(duì)H2S

3、氣體的氣敏特性。主要實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：
　?、偬技{米管的混酸處理可顯著改善碳納米管的分散性，并能在碳納米管表面及兩端引入大量羥基、羧基官能團(tuán)，明顯改善了碳納米管的活性及氣敏性。對(duì)碳納米管的理論計(jì)算表明，碳納米管對(duì)H2S氣體的吸附為自發(fā)反應(yīng)，其吸附能為-1.498Ha，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合。
　　②反應(yīng)時(shí)間及溶液Sn離子濃度對(duì)SnO2/MWCNTs納米復(fù)合材料的形貌具有較大的影響。在Sn離子濃度為0.056mol/L時(shí)，反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)，

4、碳納米管上包覆的SnO2量越多越厚，當(dāng)時(shí)間為2h時(shí)，所制得的SnO2/MWCNTs納米復(fù)合材料具有最好的形貌（SnO2包覆層的厚度大約為10nm，其顆粒大小在3~7nm之間）及氣敏性能；當(dāng)反應(yīng)時(shí)間大于3h后，碳納米管完全被SnO2包覆且管與管之間完全被SnO2顆粒所填充。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為2h，改變?nèi)芤篠n離子濃度時(shí)，得出Sn離子濃度為0.056mol/L時(shí)，SnO2/MWCNTs納米復(fù)合材料具有最佳形貌，而當(dāng)濃度達(dá)到0.167mol/L及以

5、上時(shí)，碳納米管完全被SnO2包覆，且濃度越大包覆的量越多。
　?、蹖?duì)不同反應(yīng)條件下制備的SnO2/MWCNTs納米復(fù)合材料進(jìn)行H2S氣敏性測(cè)試，得出反應(yīng)時(shí)間為2h，溶液Sn離子濃度為0.056mol/L的樣品具有最佳的氣敏性，在90℃下對(duì)20ppm的H2S其靈敏度可達(dá)到36.5％。
　　④對(duì)反應(yīng)時(shí)間為2h，溶液Sn離子濃度為0.056mol/L的樣品對(duì)H2S的氣敏性進(jìn)行了詳細(xì)討論，得出在測(cè)試溫度范圍（30℃~90℃）內(nèi)，其靈