多維度典型形貌納米二氧化錫基烴類氣體傳感器的檢測特性研究.pdf

1、電力變壓器油中溶解特征氣體在線分析是目前工程應(yīng)用中在線診斷油浸式電力變壓器早期潛伏性故障最有效的方法之一，持續(xù)開展氣體傳感技術(shù)的研究對提升氣體在線監(jiān)測技術(shù)水平及應(yīng)用具有重要意義。論文研究多維度典型形貌SnO2基氣體傳感器對CH4、C2H6和C2H4三種烴類氣體的檢測特性：合成多維度SnO2納米材料用以制備旁熱式氣體傳感器，測試并分析其對三種氣體的氣敏性能和老化特性，基于密度泛函理論第一性原理建立完美 SnO2晶體模型，在其基礎(chǔ)上建立CH

2、4、C2H6和 C2H4氣體和 SnO2表面的物理和化學(xué)吸附模型，結(jié)合宏觀實(shí)驗(yàn)和微觀計(jì)算研究SnO2基氣敏傳感器對三種烴類氣體的氣敏和老化特性，論文取得的主要成果如下：
　?、偻ㄟ^水熱法成功合成了不同維度微球狀、棒狀、片狀和花狀形貌的 SnO2納米粉體材料并進(jìn)行表征后制備出四組旁熱式氣體傳感器。基于實(shí)驗(yàn)室微量氣體智能氣敏測試平臺，分別測試了四組傳感器對CH4、C2H6和C2H4氣體的氣敏特性(靈敏度-溫度特性、靈敏度-濃度特性、最

3、小檢測濃度和響應(yīng)-恢復(fù)特性等)。測試結(jié)果表明高維度的片和花狀SnO2傳感器比低維度的微球和棒狀傳感器針對三種烴類氣體都有更優(yōu)的靈敏度、更低的工作溫度和更快的響應(yīng)-恢復(fù)時間，其中花狀結(jié)構(gòu)傳感器又優(yōu)于片狀結(jié)構(gòu)。表征和實(shí)驗(yàn)結(jié)果都說明片狀和花狀的SnO2材料具有更大的比表面積和更大的孔容，可以給氣體提供更多的吸附位置，以及增加表面電荷轉(zhuǎn)移的量與速度，而正是這些因素決定著傳感器對氣體的檢測性能的好壞。
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4、完美金紅石型 SnO2晶體模型，又在此基礎(chǔ)上建立了CH4、C2H6和C2H4氣體分子與SnO2(110)面的表面物理吸附模型，通過模擬三種氣體分子分別與SnO2材料表面反應(yīng)的作用過程，可以計(jì)算出吸附能等微觀物理量，確定了烴類CH4、C2H6和C2H4分子在SnO2晶體模型上的最佳吸附位置，從而完善了 SnO2對烴類氣體的分子模擬計(jì)算體系，證明了 SnO2傳感器對CH4氣體的靈敏度更優(yōu)于其對C2H6和C2H4氣體。計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合也

5、說明建立的分子模型可用于進(jìn)行SnO2對三種烴類氣體的氣敏機(jī)理解釋和驗(yàn)證。
　?、刍趯?shí)驗(yàn)室氣敏測試平臺設(shè)計(jì)了氣體傳感器加速老化實(shí)驗(yàn)平臺和老化試驗(yàn)方法，檢測了四種維度不同形貌 SnO2納米材料在老化后對烴類 CH4、C2H6和C2H4氣體的氣敏性能和響應(yīng)-恢復(fù)特性。引入激光拉曼光譜分析方法對老化實(shí)驗(yàn)前后的傳感器材料表面進(jìn)行拉曼表征，發(fā)現(xiàn)在750cm-1處出現(xiàn)新的碳-錫鍵拉曼特征峰，新振動峰的出現(xiàn)，證明了傳感器的老化特性與烴類氣體從物