單壁碳納米管傳感器檢測(cè)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(qiáng)度，優(yōu)良的滅弧性能，被廣泛應(yīng)用于氣體絕緣組合電器（GasInsulatedSwitchgear，GIS）中。長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，GIS內(nèi)部絕緣缺陷處會(huì)發(fā)生局部放電（PartialDischarge，PD），導(dǎo)致SF6發(fā)生分解反應(yīng)，生成不同的氣體組分。檢測(cè)和分析SF6分解的特征氣體組分對(duì)GIS的故障診斷具有重要意義。而從混合氣體組分中檢測(cè)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(cè)方法

2、不足的基礎(chǔ)上，將納米氣敏傳感技術(shù)應(yīng)用于SF6分解的特征組分的檢測(cè)，研制了單壁碳納米管氣體傳感器，通過(guò)理論仿真和氣敏實(shí)驗(yàn)對(duì)單壁碳納米管的微觀氣敏機(jī)理和宏觀氣敏特性進(jìn)行研究。
　　利用MaterialsStudio（MS）建立了SF6放電分解生成的四種主要?dú)怏w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(duì)吸附過(guò)程進(jìn)行理論計(jì)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(jī)理。首先，根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)SWNT-OH與四種分子的吸附能力進(jìn)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(jì)算結(jié)果研究了氣體分子吸附在SWNT-OH上對(duì)其表面載流子轉(zhuǎn)移能力的影響，并結(jié)合態(tài)密度計(jì)算結(jié)果分析了SO2與SWNT-OH吸附過(guò)程中的原子軌道雜化情況。最后，將SWNT-OH與本征S

4、WNT的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。計(jì)算結(jié)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(qiáng)；且吸附SO2后，能隙減小，導(dǎo)致其上電子轉(zhuǎn)移能力提高；吸附過(guò)程中，兩者原子的部分軌道趨于雜化形成電子輸運(yùn)通道，有利于兩者之間的電子轉(zhuǎn)移。SWNT-OH對(duì)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(biāo)氣進(jìn)行