检索结果-南通市图书馆

作者：高新西南大学

学位级别：硕士

随着国家乡村振兴等一系列乡村战略的提出与实施,农业农村现代化建设加快了步伐,这对于农村电网的供电保障能力提出了新的要求。电力设备作为农村电力建设中至关重要的一环,充分保障其安全稳定运行,对于农网巩固、推动农村经济发展、助... 详细信息

随着国家乡村振兴等一系列乡村战略的提出与实施,农业农村现代化建设加快了步伐,这对于农村电网的供电保障能力提出了新的要求。电力设备作为农村电力建设中至关重要的一环,充分保障其安全稳定运行,对于农网巩固、推动农村经济发展、助力乡村振兴有着重要的意义。在农网技术的发展过程中,sf气体绝缘设备作为一种可靠的输变电设备,在电力系统中得到了广泛的应用。但在设备的制造、运输等过程中会出现不同程度的绝缘缺陷,诱发局部放电,进而引起sf分解。通过对sf分解组分进行检测来判断故障类型以实现对电力设备绝缘性能的监测,从而能够及时发现设备存在的潜在性故障,尽可能地避免电网事故的发生,保障电力电网的稳定可靠运行。石墨烯以其大比表面积、高电子迁移率成为近年来气敏传感领域的研究热点,但本征石墨烯对多种小分子气体传感性能有限,灵敏度低;而通过掺杂、氧化等多种改性方式可以提升石墨烯类气敏材料对目标气体的传感性能。因此,本文以sf的分解组分HS和SO作为主要目标气体,探究了环氧基掺杂石墨烯(G-O)、钯掺杂石墨烯(Pd-G)和环氧基与钯共掺杂石墨烯(Pd-G-O)对HS和SO的气敏特性以及气敏机理,为sf分解组分的检测提供理论基础与实验支撑。论文主要研究工作及成果如下:(1)建立了三种改性石墨烯模型(G-O,Pd-G,Pd-G-O)并分析了态密度、轨道等重要仿真参数。研究发现,环氧基引入有效打开了本征石墨烯的能隙;而Pd金属原子掺杂在费米能级处引入了新的杂质能级,有效提升了本征石墨烯的电荷转移能力;通过环氧基和Pd共掺杂,能隙达到0.214e V,体系更加稳定的同时电荷转移能力也得到了较好的改善。(2)基于密度泛函理论的第一性原理,建立G-O,Pd-G和Pd-G-O对HS的吸附模型,从吸附能、态密度、电荷转移、轨道等方面分析了改性石墨烯对HS气体分子的吸附性能。研究发现:三种改性方式均提高了石墨烯对HS的吸附性能,吸附能大小为:G-O>Pd-G-O>Pd-G;电荷转移量大小为:Pd-G-O>Pd-G>G-O。其中Pd-G-O效果更优,吸附能达到-1.015e V,为较强的化学吸附,且对应着强烈的电荷转移值0.281e,良好的吸附效果归因于S 3p轨道和Pd 4d轨道之间的强烈的杂化作用。在吸附体系中,Pd-G-O为电子受体,HS为电子给体,表现为n型吸附。(3)基于氧化还原法制备了三种气敏材料并基于滴涂法制备了平面型气敏传感器件;利用气敏测试平台测试了其对HS的气敏性能。研究发现:三种传感器检测HS的最佳工作温度分别为225°C,175°C,175°C;对100μL/L浓度以下的HS气体均表现出良好的线性关系,其中Pd-G-O对HS的拟合度良好,检测下限为0.5μL/L。对于50μL/L的HS气体,Pd-G-O气敏传感器的响应恢复时间分别为23/18s,响应值为10.02。响应恢复时间相较于G-O,Pd-G更短,响应值更高。三种传感器在氧吸附后气敏材料的空穴耗尽层进一步累积,传感器电阻降低;而在HS气氛中,氧离子与HS发生氧化还原反应释放电子回到气敏材料表面,空穴耗尽层变薄,传感器电阻增加。(4)基于第一性原理,探究了三种改性石墨烯对SO的吸附性能。结果表明:G-O,Pd-G和Pd-G-O对SO分子的吸附能绝对值分别为1.162e V,0.859e V,1.237e V;电荷转移为0.028e,0.099e和0.071e。三种吸附模型都表现为化学吸附,其中Pd-G-O的吸附性能最优,表现在较强的吸附能、较大的电荷转移值和强烈的轨道杂化现象,但其解吸附能力较差;而Pd-G表现出较好的电荷转移和脱吸附能力。在吸附体系中,SO为电子受体,表现为p型吸附。(5)基于气敏测试平台研究了三种改性石墨烯对SO的气敏性能。实验结果表明:G-O,Pd-G和Pd-G-O检测50μL/L SO气体的最佳工作温度分别为225°C,175°C,125°C。在最佳工作温度125°C下,Pd-G-O对50μL/L SO的响应值为10.5,是G-O和Pd-G的1.567倍和1.235倍;Pd-G-O传感器的浓度特性拟合效果较好,检测下限达到1.1μL/L;但是其恢复时间较长,对于50μL/L SO的恢复时间为36s;而同等条件下的Pd-G传感器的响应恢复时间为29s。三种传感器在SO气氛中,氧离子与SO发生氧化还原反应中和电子,空穴耗尽层进一步累积,使得传感器电阻减小。本论文的相关工作是气体传感器法在sf气体绝缘设备在线监测的积极探索,研究成果为sf绝缘电气设备提供了理论和实验支撑。

关键词： sf6分解组分改性石墨烯 H2S SO2 气敏特性

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碳纳米管传感器吸附机理及对sf6分解组分检测应用综述

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中国电机工程学报 2018年第16期38卷 4926-4941页

作者：张晓星方佳妮崔豪桂银刚陈达畅武汉大学电气工程学院湖北省武汉市430072 输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学) 重庆市沙坪坝区400044

碳纳米管（carbon nanotubes,CNTs）作为一种新型的气敏材料,具有孔隙率高、比表面积大和结构中空的特性,在气敏传感器领域备受青睐。其气敏特性不仅体现在对于特定气体的优良响应特性,更在于对不同气体种类和浓度的识别能力。该文综述... 详细信息

碳纳米管（carbon nanotubes,CNTs）作为一种新型的气敏材料,具有孔隙率高、比表面积大和结构中空的特性,在气敏传感器领域备受青睐。其气敏特性不仅体现在对于特定气体的优良响应特性,更在于对不同气体种类和浓度的识别能力。该文综述了碳纳米管传感器的气体吸附机理,及其在检测电力系统气体绝缘开关设备中六氟化硫（sulfur hexafluoride,sf6）分解组分领域中的应用。总结了其作为气体传感器对各种分解组分的实验检测和理论计算结论,分析对比了不同类型传感器在检测过程中所具有的优势和不足,提出了碳纳米管传感器在检测sf6分解组分方面的研究趋势。

关键词：碳纳米管 sf6分解组分吸附机理掺杂改性

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基于密度泛函理论的sf6分解组分在ZnO(0001)吸附及传感性能研究

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电工技术学报 2020年第7期35卷 1592-1602页

作者：王邸博陈达畅皮守苗张晓星唐炬南方电网科学研究院有限责任公司广州510663 武汉大学电气与自动化学院武汉430072 太阳能高效利用及储能运行控制湖北省重点实验室(湖北工业大学) 武汉430068 输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学) 重庆400044

基于第一性原理密度泛函理论探讨了四种典型sf6分解组分(SO2,SOF2,SO2F2以及H2S)分别在ZnO(0001)表面上的吸附以及传感性能。计算并比较了不同气体吸附所产生的吸附能、吸附距离、电荷转移、差分电荷密度,并通过能态密度计算探讨了气体... 详细信息

基于第一性原理密度泛函理论探讨了四种典型sf6分解组分(SO2,SOF2,SO2F2以及H2S)分别在ZnO(0001)表面上的吸附以及传感性能。计算并比较了不同气体吸附所产生的吸附能、吸附距离、电荷转移、差分电荷密度,并通过能态密度计算探讨了气体分子与表面的化学相互作用。结果显示,四种气体分子均能与ZnO(0001)表面产生较强的化学吸附作用。除了SO2分子在吸附后还保留本身的分子结构外,其他三种分子均发生了不同程度的分解。SOF2与SO2F2表现为S-F键断裂而H2S表现为S-H键断裂。虽然计算结果显示ZnO(0001)表面对四种组分均有较强的吸附以及气敏性能,但因为较大的吸附能及气体的分解,ZnO对组分的恢复性能有待提升。本文能为基于ZnO及其改性材料的气敏传感器检测sf6分解组分提供理论基础及指导。

关键词：密度泛函理论 sf6分解组分 ZnO(0001)表面气体吸附

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金沉积及氮掺杂二氧化钛纳米管检测sf6分解组分的气敏响应特性研究

金沉积及氮掺杂二氧化钛纳米管检测SF6分解组分的气敏响应特性研究

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作者：董星辰重庆大学

学位级别：硕士

基于sf气体绝缘的电气设备在电力系统的输变电环节具有很大的应用潜力,它比传统变电站中电气设备的占地面积更小,并且不易受外部天气影响,配置灵活,有很高的安全可靠性。局部放电现象是气体绝缘电气设备内部的绝缘材料出现劣化、性能下... 详细信息

基于sf气体绝缘的电气设备在电力系统的输变电环节具有很大的应用潜力,它比传统变电站中电气设备的占地面积更小,并且不易受外部天气影响,配置灵活,有很高的安全可靠性。局部放电现象是气体绝缘电气设备内部的绝缘材料出现劣化、性能下降的特征标志。通过监测并处理气体绝缘设备局部放电的关键信息,对于发现高压电气设备内部的早期绝缘缺陷、加强设备的重点监控、提前预警,具有十分重要的意义。在放电能量作用下,sf出现化学断键,在气体绝缘开关内部微量水、微量氧以及固体绝缘材料存在时,产生SO、SOF、SOF等多种关键特征气体。通过对这些化学组分实时监测,能够获取设备内部的局部放电信息,及时预警,提高系统安全性。本文研究依托国家自然科学基金项目,展开了表面修饰的高效、新型二氧化钛纳米管气敏传感器的实验及仿真研究。本文通过贵金属沉积和非金属掺杂两种改性方案对二氧化钛纳米管实施改性,并通过实验及仿真结果的对比,探讨两种表面改性方式下二氧化钛材料的敏感响应特性的微观机理。金沉积二氧化钛敏感材料的响应特性及理论分析。实验方面,利用沉淀沉积法将金颗粒沉积在整齐排布的二氧化钛敏感材料上,继而通过本课题组的气敏测试平台完成了金沉积二氧化钛敏感材料对SO、SOF、SOF的敏感程度测试;结果显示,金沉积改变了二氧化钛敏感材料吸附这些特征产物的敏感性能,吸附SO气体时的响应程度降低,吸附SOF的响应程度有了较大地增加,吸附SOF的响应程度基本不变。仿真方面,通过Materials Studio软件构建了金沉积锐钛矿型二氧化钛的(101)晶面模型,仿真了三种气体分子靠近该晶面并达到稳定状态的微观过程,通过能带结构变化、电荷转移、态密度等关键吸附参数研究了金沉积对二氧化钛敏感材料的改性效果,从微观角度解释了金沉积二氧化钛敏感材料的响应性能和相应机理。氮掺杂二氧化钛敏感材料的响应特性及理论分析。实验方面,搭建了基于等离子体技术的二氧化钛敏感材料的改性平台。具体实施中采用的是介质阻挡放电的方式实现非金属的表面掺杂,利用氮等离子体改性二氧化钛敏感材料,SEM、XRD、XPS等方式表明成功获得氮掺杂二氧化钛敏感材料。氮掺杂二氧化钛材料的敏感响应测试显示,氮元素基本没有改变二氧化钛敏感材料对SO气体的敏感程度,对SOF的敏感性能有较大程度的上升,而对SOF的敏感性进一步下降。仿真方面,通过建立SO、SOF、SOF靠近氮掺杂二氧化钛吸附晶面的微观模型,利用优化的第一性原理仿真方法,对稳定吸附后的特征参数完成详细计算,气敏仿真与实验中的气敏现象相吻合。通过将金沉积、氮掺杂的敏感响应测试和仿真结果与前期未改性的二氧化钛敏感材料的相应实验及其吸附sf分解特征产物的仿真结果对比,本文初步确定了未改性、金沉积、氮掺杂的二氧化钛敏感材料各自适于检测的目标气体,为sf分解组分的检测研究提供支持,为将来检测sf分解产物的传感器阵列的研制和实用奠定实验和理论基础。

关键词： sf6分解组分二氧化钛敏感材料表面改性气敏特性气敏机理

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锐钛矿TiO2纳米管传感器检测sf6分解组分气敏特性及仿真研究

锐钛矿TiO2纳米管传感器检测SF6分解组分气敏特性及仿真研究

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作者：李健重庆大学

学位级别：硕士

气体绝缘组合电器(Gas Insulated Switchgear，GIS)主要是用具有优良绝缘和灭弧性能的六氟化硫(sf6)气体作为绝缘介质。但GIS内部不可避免的内部缺陷可能会引发局部放电(Partial Discharge，PD)，这对于设备的长期可靠运行带来巨大的隐... 详细信息

气体绝缘组合电器(Gas Insulated Switchgear，GIS)主要是用具有优良绝缘和灭弧性能的六氟化硫(sf6)气体作为绝缘介质。但GIS内部不可避免的内部缺陷可能会引发局部放电(Partial Discharge，PD)，这对于设备的长期可靠运行带来巨大的隐患。由于sf6气体在放电产生能量的作用下发生分解，产生多种低氟硫化物，并与设备中微量水分、氧气发生反应生成特征组分气体，如SOF2、SO2F2、SO2等，可以依据特征组分气体含量和产气率来监测诊断设备内部绝缘故障。尽管当前有多种特征组分检测的方法，但距离实现对GIS设备内部故障的在线监测仍存在诸多不足之处。因此本文着眼于当前研究热点的纳米管传感技术，研制了锐钛矿TiO2纳米管气体传感器，通过气敏响应实验和仿真计算研究了气敏特性和气敏机理，得出此气体传感器可有效应用于sf6分解特征组分的检测。本文通过自制的阳极氧化实验装置，制备出管径约80nm、长度约300nm的锐钛矿TiO2纳米管传感器，经SEM、XRD等手段观察其表面形貌高度均匀，排列有序。利用制备的锐钛矿TiO2纳米管传感器，自行设计并搭建了sf6分解气体组分检测试验平台，研究了传感器对SO2、SOF2、SO2F2三种主要sf6分解组分气体的温度特性和气敏响应特性，得到了TiO2纳米管传感器对三种气体不同温度下的气敏响应曲线和200°C时三种气体不同浓度下的气敏响应曲线。通过实验发现锐钛矿TiO2纳米管传感器随工作温度变化气敏响应值呈绶慢上升－迅速上升－趋于稳定的规律，并且同一工作温度、待测气体为低浓度时，三种气体的浓度与气敏响值成线性关系。其中，当传感器工作温度为200°C时，待测气体浓度为50μL/L，锐钛矿TiO2纳米管传感器对SO2气敏响应值（75.6%）远大于对SOF2（7.9%）、SO2F2（5.5%）两种气体，具有较好的气体选择性。另外，根据密度泛函理论（Density Functional Theory, DFT），运用MaterialsStudio仿真软件对锐钛矿TiO2纳米管吸附SO2、SO2F2、SOF2三种sf6分解组分气体进行了详细的仿真计算，得到了吸附过程中吸附能、电荷转移量、作用距离等参数。进一步对仿真结果进行电子态密度分析和分子前线轨道分析，结果表明锐钛矿TiO2晶体对SO2有更好的选择性和敏感性。能过仿真计算分析进一步对锐钛矿型TiO2纳米管传感器对SO2、SO2F2、SOF2气敏测试实验结果进行了验证，解释了锐钛矿TiO2纳米管原子微观角度的气敏响应机理。

关键词： sf6分解组分 TiO2纳米管气敏响应仿真研究

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贵金属掺杂的TiO2纳米管传感器检测sf6分解组分的实验研究

贵金属掺杂的TiO2纳米管传感器检测SF6分解组分的实验研究

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作者：铁静重庆大学

学位级别：硕士

在如今的电力系统的建设中，气体绝缘组合电器(Gas Insulated Switchgear，GIS)在各个变电站中得到了广泛的应用。GIS内部不可避免的缺陷仍会引起局部电场过强，最终导致局部放电(partial discharge，PD)的发生。放电产生的能量使sf6气... 详细信息

在如今的电力系统的建设中，气体绝缘组合电器(Gas Insulated Switchgear，GIS)在各个变电站中得到了广泛的应用。GIS内部不可避免的缺陷仍会引起局部电场过强，最终导致局部放电(partial discharge，PD)的发生。放电产生的能量使sf6气体发生分解生成多种低氟硫化物，特别是当GIS中的混有微量水分、氧气时，会进一步不可逆转的生成SOF2、SO2F2、SO2等特征组分气体，危害GIS的正常运行。目前，一般是通过气相色谱等方法来检测这些特征组分气体含量，从而判断出GIS设备内部绝缘情况。但现有的检测方法多是在实验室完成的离线检测法，无法实现在线检测。因此本文基于已有的TiO2纳米传感器检测sf6局部放电分解的特征组分的技术，研究了掺杂了贵金属的TiO2纳米传感器的性能，通过一系列实验研究了贵金属掺杂对TiO2纳米管的微观气敏机理和宏观气敏性影响。本文运用阳极氧化法研制了本征TiO2纳米管气体传感器，并在此基础上，通过电化学分析仪的方法将Pt以及Au纳米颗粒沉积在本征TiO2纳米管上，并且控制了Pt粒子的掺杂量。通过SEM，XRD等手段观察表征发现，制备的TiO2纳米管阵列是以锐钛矿为主，掺杂的贵金属粒子较为均匀的分散在纳米管表面。改进了TiO2纳米管传感器的sf6分解气体组分检测装置试验平台，并研究了不同Pt掺杂量的TiO2纳米管传感器对sf6三种主要分解气体组分SO2、SOF2、SO2F2的温度特性和气敏特性，得出不同Pt掺杂的TiO2纳米管传感器的最佳工作温度以及气敏特性随着掺杂量的不同而变化。其中，掺杂时间为10s的最佳工作温度为160℃;20s为150℃;30s为130℃;40s为100℃，即随着掺杂量的增加，传感器的最佳工作温度点下降。传感器的选择性也与掺杂量的多少有关，10s的对SO2最敏感，响应值为-53.25%，30s的对SO2F2最敏感，响应值为-50.58%。通过紫外光照射Pt掺杂的TiO2纳米管传感器，可以解决传感器硫中毒的问题。在相同条件下，测试了Au掺杂TiO2纳米管传感器对SO2、SOF2、SO2F2的特性，得出Au掺杂TiO2纳米管传感器的最佳工作温度为110°C;且对100ppm的SO2F2气体的响应值最高为-42.31%，而对SOF2、SO2两种气体的响应值较低分别为-28.37%和-23.75%，说明Au掺杂TiO2纳米管传感器对SO2F2气体有良好的选择性。相较与本征的传感器，Au纳米粒子的掺杂，明显的改变了传感器对SO2、SOF2、SO2F2三种气体的选择性且大大降低了传感器的工作温度。最为主要是Au掺杂的传感器的抗硫中毒性，明显的优于Pt掺杂的传感器，并初步分析了Au掺杂对本征TiO2纳米管传感器气敏选择性发生改变的原因。

关键词：局部放电 sf6分解组分 TiO2 Pt纳米粒子 Au纳米粒子

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氮和氟掺杂TiO2纳米管气体传感器检测sf6分解组分的气敏特性研究

氮和氟掺杂TiO2纳米管气体传感器检测SF6分解组分的气敏特性研究

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作者：张军重庆大学

学位级别：硕士

sf电气绝缘设备将多种电器封闭组合,减少了占地面积以及外界环境的影响,目前被广泛应用于电力系统中,但在其长期运行过程中,内部潜伏性绝缘缺陷会引起局部放电,造成sf绝缘气体的分解,使其绝缘性能降低。为保证电力系统的安全稳定,有必要... 详细信息

sf电气绝缘设备将多种电器封闭组合,减少了占地面积以及外界环境的影响,目前被广泛应用于电力系统中,但在其长期运行过程中,内部潜伏性绝缘缺陷会引起局部放电,造成sf绝缘气体的分解,使其绝缘性能降低。为保证电力系统的安全稳定,有必要对sf电气绝缘设备的运行状态进行检测。不同于其他离线以及定期检测方法,气敏传感器法可实现对设备实时长期在线监测。近些年来,由于TiO的应用领域十分广泛而得到大量的研究。基于TiO纳米材料的电阻式气敏传感器具有稳定性高、电阻变化大且可逆等特点成为气敏领域中的研究热点。但是,本征TiO固有能隙较大等缺陷,限制了其在气敏领域中的广泛应用。研究表明,通过金属或非金属掺杂的方式对TiO表面进行改性是解决这一问题的有效方法。因此,本文采用介质阻挡放电低温等离子体法对TiO纳米管进行氟掺杂以及氮氟共掺杂,从理论仿真和宏观实验两个方面对改性后的TiO纳米管气体传感器的气敏性能展开研究。本文的主要研究内容与结论包括:(1)研究了sf的三种分解产物在氟掺杂和氮氟共掺杂TiO晶面上的吸附规律和机理。基于仿真软件Materials Studio建立了氟掺杂以及氮氟共掺杂TiO微观模型,通过密度泛函理论计算了气体分子在TiO晶面上的吸附过程;分析了吸附体系的态密度、分子前线轨道等相关参数。仿真结果表明,SO气体分子吸附到氟掺杂以及氮氟共掺杂TiO晶面后,吸附体系的电子结构发生了明显的变化,电荷转移方向由掺杂前的从气体分子向晶面转移变为从晶面向气体分子转移;掺杂后的晶面对SOF和SOF分子的吸附作用略微有所加强。(2)开展了TiO纳米管表面改性实验。具体实施中采用介质阻挡放电产生CF等离子体和N与CH混合等离子体对TiO纳米管表面进行氟掺杂以及氮氟共掺杂。SEM和XRD表征结果表明TiO纳米管改性后的结构和性质均未发生改变;F 1s和N 1s轨道的XPS谱图表明经过等离子体放电处理后,TiO晶格中的部分O原子被N原子和F原子替代,并形成了新的F-Ti键和N-Ti键,成功实现了氟掺杂以及氮和氟的共掺杂。(3)开展了TiO纳米管气敏实验,研究了氟掺杂以及氮氟共掺杂TiO纳米管气敏传感器对三种分解组分的宏观气敏特性。首先测量了改性TiO纳米管气敏传感器对三种分解组分的温度特性,结果表明,与掺杂前相比,改性后的TiO纳米管气敏传感器的工作温度明显降低,其中,氟掺杂TiO纳米管对三种组分的工作温度由改性前的200C降为110C左右,氮氟共掺杂TiO纳米管对三种组分的工作温度由改性前的200C降为80C左右;然后,进行了改性后的TiO纳米管对三种分解组分气敏响应的实验测量,结果表明,氟掺杂TiO纳米管对SO、SOF和SOF气体的气敏响应值分别为:-26.78%、-15.83%和-10.47%;氮氟共掺杂TiO纳米管气敏传感器对SO、SOF和SOF气体的气敏响应分别为:-52.98%、-26.05%和-2.75%。本文研究工作是气敏传感器法应用于sf绝缘电气设备在线监测的积极探索,研究成果为sf绝缘电气设备的状态评估提供了理论支撑和实验依据。

关键词： sf6绝缘电气设备 sf6分解组分 TiO2纳米管气敏传感器氟掺杂氮和氟共掺杂

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NiO基异质结传感器阵列检测sf6分解组分的气敏特性研究

NiO基异质结传感器阵列检测SF6分解组分的气敏特性研究

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作者：魏智杰西南大学

学位级别：硕士

提升农村低压配电网绝缘水平是深入推进“一流配电网”建设,缩小城乡差距,确保农村电力系统安全可靠运行的重要举措。六氟化硫(sf)分解组分检测是判断sf气体绝缘设备潜伏性故障类型及其严重程度的有效方法,气体传感检测技术是sf分解组... 详细信息

提升农村低压配电网绝缘水平是深入推进“一流配电网”建设,缩小城乡差距,确保农村电力系统安全可靠运行的重要举措。六氟化硫(sf)分解组分检测是判断sf气体绝缘设备潜伏性故障类型及其严重程度的有效方法,气体传感检测技术是sf分解组分检测的研究核心,传感器阵列检测技术是多组分气体检测的指导方向。sf气体绝缘设备内部在不同程度的放电故障以及微量水分和氧气的作用下,不可避免的出现HS,SO及SOF等典型特征气体,以特征气体的种类和浓度检测即可实现设备绝缘性能和运行状态的在线评估。氧化镍(NiO)因其自身催化特性和多维分等级结构等优势被广泛应用于当前实验研究和商业使用,然而NiO基气体传感器仍然存在响应值低及交叉敏感严重等缺点。为推进NiO基气体传感器的基础研究和广泛应用,通过形貌和结构改性实现传感器性能调控的研究势在必行,同时通过构建传感器阵列实现多组分气体定性定量检测也亟待探索。论文依托国家自然科学基金项目,针对sf分解组分特征气体HS,SO和SOF检测,制备了多维分等级结构的WO-NiO和SnO-NiO异质结敏感材料;对合成的敏感材料进行了形貌和结构表征,从微观表征角度探讨了NiO基异质结敏感材料的潜在气敏性能优化机制;基于制备的异质结敏感材料制作了旁热式气体传感器,通过搭建的气敏特性测试平台测试了传感器对HS,SO和SOF的响应特性;基于分等级结构的有益形貌和异质结的电子耗尽层理论,探讨了WO-NiO和SnO-NiO异质结气体传感器的气敏响应机理以及增敏机理;构建了气体传感器阵列,基于广义回归神经网络建立了sf分解组分混合气体的浓度预测模型,初步实现了HS,SO和SOF浓度的定量分析。论文的主要研究工作和取得结论如下:(1)采用水热法制备了纯NiO和WO-NiO复合的花状敏感材料,通过XRD、EDS、SEM、TEM、XPS及BET等表征手段验证了WO的成功引入及其对花状结构的有益影响。基于搭建的气敏测试平台测试了制作的花状NiO和WO-NiO基气体传感器对HS,SO和SOF的多项气敏特性,测试结果表明:花状WO-NiO基气体传感器在更低的工作温度下(160℃)检测HS,SO和SOF响应值分别为33.34,15.37和8.73,分别是花状纯NiO基传感器的4.4,3.7和4.0倍。增敏机理研究表明,WO-NiO基气体传感器更加优异的气敏性能不仅源于其更为致密的花状结构为气体分子吸附提供的大比表面,同时得益于复合物中异质结对载流子浓度的高效调控作用。(2)采用水热法制备了纯NiO的光滑球和SnO-NiO复合的针状球敏感材料,以多种形貌和结构表征手段证明了针状SnO成功制备和均匀分散。气敏特性测试结果表明:针球状SnO-NiO基气体传感器检测HS,SO和SOF响应值分别为4.31,9.42和2.98,而球状纯NiO基气体传感器响应值仅为2.29,3.17和1.16,同时SnO-NiO基传感器具有更低的工作温度(230℃)、良好的线性特性以及优异的重复性和稳定性。相较于纯的NiO基气体传感器,针球状SnO-NiO疏松粗糙的表面形态为气体分子吸附和扩散提供的更多活性位点和停留时间,同时,SnO-NiO异质结对导电通道和耗尽层宽度的调控作用也是传感器性能增强的重要原因。(3)针对传感器对HS,SO和SOF均响应的交叉敏感特性,利用制作的花状NiO和WO-NiO、光滑球状NiO和针球状SnO-NiO基气体传感器构建了四单元气体传感器阵列。测试了阵列对多组分sf分解气体的检测特性,以阵列对特征气体的气敏响应结果组成了响应值样本数据库,建立了基于广义回归神经网络的浓度预测模型,同时通过测试样本验证了模型的预测性能。研究得出模型在0.1的最佳平滑因子下预测HS,SO和SOF三种气体的平均相对误差分别为8.15%,8.90%和8.32%,相较于BP神经网络具有更高的预测精度,初步实现了对sf分解组分混合气体浓度的有效预测。

关键词： NiO基异质结 sf6分解组分气敏特性气敏机理气体传感器阵列

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MOFs材料对sf6特征分解组分的吸附机理研究

MOFs材料对SF6特征分解组分的吸附机理研究

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作者：姜博文华北电力大学

学位级别：硕士

sf气体是GIS的主要灭弧介质。GIS内部的绝缘缺陷可能引发PD故障,导致sf分解并生成HS、SO等分解物,从而影响设备绝缘性能和电力系统稳定。分解产物种类和浓度与故障类型关联。纳米气敏材料的气体传感器技术可以检测GIS内sf的分解组分,提... 详细信息

sf气体是GIS的主要灭弧介质。GIS内部的绝缘缺陷可能引发PD故障,导致sf分解并生成HS、SO等分解物,从而影响设备绝缘性能和电力系统稳定。分解产物种类和浓度与故障类型关联。纳米气敏材料的气体传感器技术可以检测GIS内sf的分解组分,提供了高效诊断放电故障的方法。金属有机框架材料（MOFs）以其可调性、结构多样性和高比表面积等特性,为多功能材料和应用领域提供了新思路。本文选取Ni-MOF-74、UIO-66和Zn-ZIF-8作为用于检测sf及其特征分解组分的气敏材料,以达到对这些气体进行敏感识别的目的。探讨的过程涵盖了理论计算和气敏实验两个方面。仿真计算与实验平台部分涵盖量子化学的简化方法、吸附基底和气体分子模型构建方法,结构优化和单点计算所需的杂化泛函和基组,以及加速收敛算法。同时,涉及气敏传感实验平台和测试方法,以及实验和材料表征设备。使用Gauss View软件建立气体分子模型并简化MOFs结构,形成吸附基底模型。经优化后的结构,利用Gaussian16模拟Ni-MOF-74、Zr-UIO-66、Zn-ZIF-8与sf及其分解组分气体的吸附参数。这些数据解释了各材料与气体的化学吸附过程。结果显示,三种材料对HS和SO的吸附能力强,对SOF和SOF较弱,对sf最弱。在气敏实验方面,首先利用SEM、TEM、XRD、XPS和Raman等五种方法对前述三种材料进行了表征,以研究它们的结构、组成和微观形貌。接下来进行了气敏传感实验,通过在100℃的加热条件下测试不同气体种类和浓度的传感器电阻响应值变化,分析了这些材料对sf、HS、SO、SOF和SOF五种气体的吸附响应规律,评估了各材料的传感性能。实验结果显示:（1）Zr-UIO-66对五种气体没有明显的吸附响应;（2）Ni-MOF-74和Zn-ZIF-8对HS、SO、SOF和SOF表现出差异性响应,且与模拟结果基本一致,因此适合作为检测sf主要分解组分的气敏材料,具有深入研究的价值和意义。本文采用金属有机框架材料（MOFs）检测sf及其主要分解组分气体,实现了气敏材料从无机类型向金属有机框架类型的发展。这一创新为开发新型气敏材料提供了一种全新的途径。

关键词： sf6分解组分气敏材料 MOFs材料密度泛函原理气体吸附

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检测sf6放电分解组分的TiO2纳米管传感器气敏特性研究

检测SF6放电分解组分的TiO2纳米管传感器气敏特性研究

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作者：张锦斌重庆大学

学位级别：硕士

六氟化硫(sf)气体具有优良的绝缘和灭弧性能，其作为绝缘介质在气体绝缘组合电器(GasInsulatedSwitchgear，GIS)中得到广泛应用。虽然GIS设备运行可靠性非常高，但其内部不可避免的缺陷仍会引起局部放电(partialdischarge，PD)，放电产... 详细信息

六氟化硫(sf)气体具有优良的绝缘和灭弧性能，其作为绝缘介质在气体绝缘组合电器(GasInsulatedSwitchgear，GIS)中得到广泛应用。虽然GIS设备运行可靠性非常高，但其内部不可避免的缺陷仍会引起局部放电(partialdischarge，PD)，放电产生的能量使sf气体发生分解并生成多种低氟硫化物，与GIS中的微量水分、氧气进一步发生反应生成SOF、SOF、SO等特征组分气体，利用这些特征组分气体含量检测来诊断GIS设备内部绝缘缺陷是目前研究的热点问题。但现有的多种特征组分检测方法均存在诸多不足之处，因此本文将纳米管传感技术用于检测sf分解的特征组分，研制了TiO纳米管气体传感器，通过制备表征和气敏响应实验对TiO纳米管的微观气敏机理和宏观气敏特性进行研究。本文运用阳极氧化法研制了用于检测sf分解特征气体组分的本征TiO纳米管气体传感器，在此基础上，通过电化学脉冲沉积的方法成功将Pt纳米颗粒沉积在本征TiO纳米管上，从而制备出Pt掺杂TiO纳米管传感器。通过SEM，XRD等手段观察表征发现，制备的TiO纳米管阵列高度有序，定向生长，管径为80nm左右，长度为300nm左右，且TiO纳米管阵列晶型是以锐钛矿为主。利用自行设计的基于TiO纳米管传感器的sf分解气体组分检测装置试验平台，研究了本征TiO纳米管传感器对三种主要分解气体组分SO、SOF、SOF的气敏响应特性和温度特性，得出本征TiO纳米管传感器的最佳工作温度为200°C;在同一浓度(50μL/L)下，本征TiO纳米管传感器对SO的响应值最高达-74.6%，而对SOF、SOF两种气体的响应值较低分别为-7.82%和-5.52%，说明对SO气体有较好的选择性;通过紫外光照射TiO纳米管传感器，可以使气体分子很好的脱附于传感器上，避免了化学中毒现象，延长了使用寿命，使传感器具有较好的恢复特性。在相同条件下，测试了Pt掺杂TiO纳米管传感器对sf分解组分气体SO、SOF、SOF的气敏响应特性和温度特性，得出Pt掺杂TiO纳米管传感器的最佳工作温度为150°C;且在同一浓度(50μL/L)下，对SOF气体的响应值最高为-17.91%，而对SOF、SO两种气体的响应值较低分别为-6.11%和-8.38%，说明Pt掺杂TiO纳米管传感器对SOF气体有一定的选择性。说明Pt纳米粒子的掺杂，改变了TiO纳米管传感器对SO、SOF、SOF三种气体的选择性且降低了传感器的工作温度。并初步分析了Pt掺杂对本征TiO纳米管传感器气敏选择性发生改变的原因。

关键词：局部放电 sf6分解组分 TiO2纳米管温度特性气敏响应

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