本文關(guān)鍵詞：鈀離子摻雜納米二氧化錫基甲烷傳感器的氣體檢測特性研究

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【摘要】：持續(xù)開展氣體傳感器的檢測特性研究,揭示納米摻雜對氣體傳感器氣敏性能影響機(jī)理,形成更優(yōu)傳感器的制作方法,對變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測技術(shù)的推進(jìn)具有重要意義。甲烷(CH4)氣體是運行電力變壓器油中溶解的主要故障特征氣體之一,能有效的反映變壓器的油紙過熱和局部放電等故障。然而,現(xiàn)階段應(yīng)用的氣體傳感器普遍存在著工作溫度過高、靈敏度低、交叉敏感度嚴(yán)重以及長期使用易老化、中毒等問題,限制了其在在線監(jiān)測裝置中的應(yīng)用。二氧化錫(SnO2)納米材料作為開發(fā)最早、應(yīng)用最廣泛的半導(dǎo)體氣敏材料之一,對油中溶解的多種故障特征氣體均為敏感,是目前實驗研究及商業(yè)應(yīng)用中最主要的傳感材料。針對SnO2基CH4傳感器的特性檢測,論文開展了基于表面沉積摻雜和原子替代摻雜下鈀離子(Pd2+)摻雜納米SnO2基CH4氣體傳感器的檢測特性及氣敏機(jī)理研究:制備了兩種摻雜方式下鈀離子摻雜納米二氧化錫基甲烷傳感器;并分別測試了傳感器對CH4氣體的檢測特性;基于密度泛函理論的第一性原理,建立了兩種摻雜方式下的Pd2+的摻雜模型和CH4氣體的吸附模型,并計算了模型的摻雜能和吸附能。論文的主要工作和取得的主要結(jié)論如下:完成了Pd2+表面沉積摻雜納米SnO2氣敏元件對CH4氣體檢測性能的研究。通過納米材料的結(jié)構(gòu)表征得出:純SnO2納米粉體樣品與Pd2+表面沉積摻雜量為1.0wt%~3.0wt%的SnO2納米粉體樣品呈穩(wěn)定的金紅石結(jié)構(gòu);隨著Pd2+摻雜量的增加,SnO2樣品粒徑逐漸減小,在局部出現(xiàn)了較為明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象,并且SnO2邊緣逐漸產(chǎn)生模糊層,說明材料中存在一定量的氧缺陷,能夠為檢測氣體提供更多的吸附位置。基于平面型微量氣體測試平臺,測試研究四種不同摻雜量的樣品對CH4氣體的檢測特性,測試結(jié)果表明:當(dāng)Pd2+表面沉積摻雜量為1.5 wt%時,納米SnO2對CH4氣體的各項氣敏特性最優(yōu);同時,該元件能夠有效地檢測1?L/L的CH4氣體;在CH4與C2H2、CO、H2共存的情況下,對CH4具有良好的選擇性。完成了Pd2+原子替換摻雜的SnO2納米微球?qū)H4氣體氣敏性能的研究。通過納米材料的結(jié)構(gòu)表征得出:純SnO2納米微球樣品與Pd2+原子替代摻雜量為1.0at%~5.0at%的SnO2納米微球樣品在摻雜前后形貌未發(fā)生較大改變;隨著摻雜量的增加,SnO2納米微球的粒徑逐漸減小,分散性變差。基于實驗室微量氣體測試平臺對CH4氣體進(jìn)行氣敏特性測試:發(fā)現(xiàn)摻雜后樣品的氣敏性能均有所提高,特別是當(dāng)Pd2+摻雜量為3.0 at%時,SnO2元件的性能最佳,并對CH4氣體表現(xiàn)出良好的選擇性。基于第一性原理,分別建立了Pd2+在兩種摻雜方式下對SnO2(110)面的摻雜模型與CH4氣體的表面吸附模型,通過優(yōu)化后計算得出:采用Pd2+表面沉積摻雜的SnO2(110)晶體模型對CH4的吸附能最高,吸附最容易發(fā)生在該模型表層的O2C空位處,且吸附后系統(tǒng)最為穩(wěn)定。結(jié)合宏觀氣敏實驗數(shù)據(jù)與微觀仿真計算,比較分析了影響SnO2基CH4傳感器氣敏特性的因素,并找尋提高氣敏性能的方法。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM41;TP212

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1 林殷茵,湯庭鰲,黃維寧,姜國寶,姚熹;二氧化錫薄膜的電阻氣敏和光透射率氣敏性能[J];無機(jī)材料學(xué)報;2000年06期

2 陳誠;姚曉婷;朱永恒;朱志剛;朱海翔;王艷香;;亞微米級花狀氧化銅粉體的制備及其氣敏性能[J];中國粉體技術(shù);2014年04期

3 朱大奇,陳俊芳;SnO_2-Sb薄膜材料的制備及氣敏性能[J];電子元件與材料;1998年01期

4 婁向東;史曉妮;張文瑞;周慧然;李立博;;SnO_2-TiO_2的制備及氣敏性能研究[J];計測技術(shù);2010年S1期

5 楊俊梅;桑海軍;畢淑娟;;浸漬-提拉法制備WO_3薄膜的氣敏性能研究[J];沈陽航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報;2007年02期

6 曾文;林志東;高俊杰;;金屬離子摻雜納米SnO_2材料的氣敏性能及摻雜機(jī)理[J];納米技術(shù)與精密工程;2008年03期

7 陳仕國;古小藝;戈早川;;炭黑/水性聚氨酯復(fù)合材料的制備與氣敏性能[J];深圳大學(xué)學(xué)報;2006年04期

8 王磊;杜軍;毛昌輝;楊志民;熊玉華;;SnO_(2-x)薄膜非化學(xué)計量比對氣敏性能的影響[J];材料科學(xué)與工程學(xué)報;2007年01期

9 陳偉良;尹靜;孟帆;段月琴;別利劍;;鋁摻雜ZnO基納米棒氣敏傳感材料制備及其LPG氣敏性能[J];天津理工大學(xué)學(xué)報;2010年04期

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本文編號：1193360