氧化物摻雜納米二氧化錫基乙炔氣體傳感器的檢測特性研究.pdf

1、氣體傳感檢測技術(shù)是變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測良好應(yīng)用的關(guān)鍵，持續(xù)開展微量氣體傳感器及其檢測特性對提升變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測技術(shù)具有重要意義。乙炔(C2H2)氣體是區(qū)別變壓器內(nèi)部過熱型與放電型故障的關(guān)鍵特征氣體，而二氧化錫(SnO2)氣體傳感器作為當(dāng)前實(shí)驗(yàn)研究與商業(yè)應(yīng)用中最主要的氣敏元件，存在工作溫度偏高、靈敏度低、交叉敏感嚴(yán)重等問題。論文針對乙炔(C2H2)氣體能良好體現(xiàn)變壓器內(nèi)部放電故障以及金屬氧化物摻雜能明顯改善SnO2氣體傳感

2、器檢測特性的特征，依托國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(項(xiàng)目批準(zhǔn)號：51277185)，開展了氧化物摻雜SnO2基C2H2氣體傳感器的檢測特性研究。采用水熱法制備了氧化釤(Sm2O3)摻雜的SnO2納米粉末和氧化鈀(PdO)摻雜的SnO2納米粉末，分別對其形貌結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，制成氣體傳感器測試其對C2H2的檢測特性，基于第一性原理建立SnO2(110)面的摻雜模型和氧吸附模型，從理論上分析不同的氧化物摻雜對SnO2氣敏性能的影響。論文的主要研究內(nèi)容有

3、：
　?、傺芯縎m2O3摻雜SnO2納米粉體的C2H2氣體的氣敏檢測特性；Sm2O3摻雜摩爾比為1.5％~3.5%的SnO2樣品與純SnO2樣品均由納米棒構(gòu)成和呈金紅石型結(jié)構(gòu)；與純SnO2納米棒相比，摻雜Sm2O3后的SnO2納米棒的長徑比增大而分散性變差?；趯?shí)驗(yàn)室微量氣體測試平臺，測試研究了其對C2H2氣體的檢測特性，測試結(jié)果表明：與純SnO2氣體傳感器相比，摻雜Sm2O3的SnO2氣體傳感器的氣敏性能更優(yōu)，其中2.5mol%

4、為最佳摻雜比。摻雜2.5mol%Sm2O3的SnO2氣體傳感器在檢測C2H2時(shí)具有更低的最佳工作溫度、更高的靈敏度、更好的線性響應(yīng)、更低的檢測極限與更快的響應(yīng)恢復(fù)速度；同時(shí)該氣敏元件對C2H2表現(xiàn)出良好的選擇性，可以將C2H2與CO、H2進(jìn)行有效區(qū)分。
　?、谘芯縋dO摻雜SnO2納米粉體的C2H2氣體的氣敏檢測特性；PdO摻雜摩爾比為4%~10%的SnO2樣品保持了摻雜前的微觀形貌結(jié)構(gòu)，摻雜前后的SnO2樣品均為納米球狀和金紅石

5、型結(jié)構(gòu)。隨著PdO摻雜比的增高，納米球的粒徑減小、分散性變差。基于微量氣體測試平臺，測試研究了其對C2H2氣體的檢測特性，測試結(jié)果表明：摻雜PdO的SnO2氣體傳感器的氣敏性能優(yōu)于純的SnO2氣體傳感器，其中10mol%為最佳摻雜比。摻雜10mol%PdO的SnO2氣體傳感器在檢測C2H2時(shí)的最佳工作溫度更低、靈敏度更高、線性響應(yīng)更好、檢測極限更低；同時(shí)該元件對C2H2表現(xiàn)出了一定的選擇性。
　?、垩芯坎煌趸飺诫sSnO2氣體傳

6、感器的氣敏機(jī)理；對比2.5mol%Sm2O3摻雜的SnO2氣體傳感器與10mol%PdO摻雜的SnO2氣體傳感器對C2H2的檢測特性，發(fā)現(xiàn)前者的氣敏性能更佳，不僅明顯降低了最佳工作溫度和縮短了響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間，且檢測靈敏度更高和對C2H2的選擇性更好?；诘谝恍栽矸謩e建立了不同材料SnO2(110)面的摻雜模型和氧吸附模型，結(jié)合模型的計(jì)算結(jié)果表明：與純SnO2和PdO摻雜的SnO2相比，Sm2O3摻雜的SnO2在其(110)面具有最小的表