检测SF6放电分解组分的TiO2纳米传感器气敏特性研究

• 作 者: 张锦斌
• 机 构: 重庆大学
• 出 处: 重庆大学
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: SF6分解组分 TiO2纳米传感器 气敏特性 气体绝缘组合电器 绝缘检测

六氟化硫(SF6)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(Gas Insulated Switchgear，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(partial discharge，PD)，放电产生的能量使SF6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SOF2、SO2F2、SO2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SF6分解的特征组分，研制了TiO2纳米管气体传感器，通过制备表征和气敏响应实验对TiO2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SF6分解特征气体组分的本征TiO2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TiO2纳米管上，从而制备出Pt掺杂TiO2纳米管传感器。通过SEM，XRD等手段观察表征发现，制备的TiO2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TiO2纳米管阵列晶型是以锐钛矿为主。　　
利用自行设计的基于TiO2纳米管传感器的SF6分解气体组分检测装置试验平台，研究了本征TiO2纳米管传感器对三种主要分解气体组分SO2、SOF2、SO2F2的气敏响应特性和温度特性，得出本征TiO2纳米管传感器的最佳工作温度为200℃；在同一浓度(50μL/L)下，本征TiO2纳米管传感器对SO2的响应值最高达-74.6％，而对SOF2、SO2F2两种气体的响应值较低分别为-7.82％和-5.52％，说明对SO2气体有较好的选择性；通过紫外光照射TiO2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TiO2纳米管传感器对SF6分解组分气体SO2、SOF2、SO2F2的气敏响应特性和温度特性，得出Pt掺杂TiO2纳米管传感器的最佳工作温度为150℃；且在同一浓度(50μL/L)下，对SO2F2气体的响应值最高为-17.91％，而对SOF2、SO2两种气体的响应值较低分别为-6.11％和-8.38％，说明Pt掺杂TiO2纳米管传感器对SO2F2气体有一定的选择性。说明Pt纳米粒子的掺杂，改变了TiO2纳米管传感器对SO2、SOF2、SO2F2三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TiO2纳米管传感器气敏选择性发生改变的原因。