1、六氟化硫(SF6)氣體具有優(yōu)異的絕緣滅弧能力,被廣泛應用于氣體絕緣組合電器(Gas Insulated Switchgear,GIS)。在GIS的長期運行過程中,其內部絕緣缺陷會引發(fā)放電或過熱故障,導致 SF6分解,生成多種氣體組分。檢測和分析SF6分解的特征氣體組分對GIS的故障診斷和狀態(tài)評估具有重要意義。針對現有 SF6分解組分檢測方法的不足,文章采用碳納米管氣體傳感器檢測SF6分解組分,并通過理論計算和氣敏實驗研究其微觀吸附機理和

2、宏觀氣敏特性?？紤]本征碳納米管氣敏檢測的局限性,文章分別采用氨基修飾和金摻雜兩種方法對本征碳納米管進行改性,研究氨基修飾碳納米管(SWCNTs-NH2)和金摻雜碳納米管(Au-SWCNTs)檢測SF6分解組分(H2S、SO2、SOF2、SO2F2)的氣敏響應特性。
　　本研究首先根據密度泛函理論計算了SWCNTs-NH2與四種氣體的吸附反應。結果顯示SO2與SWCNTs-NH2吸附反應的吸附能最大,反應過程中轉移的電子量也最多,因

3、此 SWCNTs-NH2對SO2的靈敏度最高,其次是SOF2。SO2F2與SWCNTs-NH2為物理吸附,吸附過程中幾乎沒有電子轉移,因而靈敏度最低。隨后文章分別從分子前線軌道和態(tài)密度兩方面對反應吸附能和電子轉移結果進行解釋,并分析了SWCNTs-NH2與四種氣體吸附的微觀機理。然后,在實驗室采用叉指電極印制電路板為基底制備SWCNTs-NH2氣體傳感器,并利用H2S、SO2、SOF2和SO2F2標氣研究SWCNTs-NH2傳感器的氣敏

4、響應特性,測試其響應靈敏度,響應時間和恢復特性。實驗結果表明SWCNTs-NH2傳感器對SF6分解組分的選擇靈敏度為 SO2>SOF2>H2S>SO2F2。隨著氣體濃度降低,SWCNTs-NH2傳感器的響應靈敏度降低,響應時間延長,但氣體濃度變化不會改變SWCNTs-NH2傳感器總體的選擇性和響應特征。另外SWCNTs-NH2傳感器具有良好的恢復特性,通過抽真空和氮氣沖洗處理,傳感器能夠在6分鐘內基本恢復到初始狀態(tài)。因此SWCNTs-N

5、H2適合用于制備氣體傳感器檢測SF6分解組分,為GIS的故障診斷和狀態(tài)評估奠定基礎。最后,考慮到金屬摻雜碳納米管的優(yōu)異特性,文章進一步對Au-SWCNTs檢測SF6分解組分進行仿真研究。理論計算Au-SWCNTs與SF6及其分解組分的吸附反應,并從吸附能、電子轉移、分子前線軌道、態(tài)密度等多個角度分析Au-SWCNTs的吸附特性。計算結果表明Au-SWCNTs對SF6及其分解組分均具有較強的靈敏度。Au-SWCNTs吸附SO2后導電性增強