氯化镍掺杂的碳纳米管对SF_6放电分解产物的气敏响应

检测和分析六氟化硫(SF6)气体放电分解产物对于气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)设备的安全运行有着重要意义。分析碳纳米管的气敏响应机制及掺杂对其气敏性能的改善,研制了一种氯化镍掺杂的多壁碳纳米管传感器,将NiCl2 6H2O和浓酸处理过的碳纳米管悬浊液超声掺杂,然后涂布在以印刷电路板为基底的叉指电极上,干燥后作为气敏膜。测试了传感器对SF6放电分解产物的气敏响应,结果表现出良好的灵敏度和快速响应特性,同时也测试了传感器对SOF2、SO2F2和SO2这3种SF6典型分解产物标气的气敏响应,并分析了它们之间的气敏性差异。分析认为,NiCl2掺杂对碳纳米管气敏性能的提高主要体现在:1)增加了碳纳米管的结构缺陷;2)Ni2和气体分子反应进而诱导了碳纳米管气敏膜的势垒发生变化;3)Ni2颗粒自身成为了局部催化活性中心。

软硬段结构对填充MWNT/聚氨酯导电薄膜气敏响应性的影响

分别用不同的软段结构和硬段结构合成了一系列聚氨酯(PU),并填充多壁碳纳米管制成多壁碳纳米管(MWNT)/PU导电薄膜。测试其对四种不同溶剂(苯、无水乙醚、丙酮和氯仿)的气敏响应性,研究了不同软硬段及其结构式对导电薄膜气敏响应性的影响。并用傅里叶变换红外光谱对PU导电薄膜进行了结构和性质表征。结果表明,当采用端羟基聚丁二烯-丙烯腈为软段、三羟基甲基丙烷为硬段,并用羟基碳纳米管为填料时,合成的PU导电薄膜具有较好的气敏响应性。

聚氨酯/MWNTs-OH复合导电材料的制备及气敏响应性能研究

以羟基多壁碳纳米管(MWNTs-OH)作为导电载流子,以水解改性的端羟基聚丁二烯–丙烯腈共聚物(h-HTBN)作为软段,六亚甲基二异氰酸酯(HDI)作为硬段,1,4-丁二醇(BDO)作为扩链剂,通过原位聚合方法制备了聚氨酯(PUR)/MWNTs-OH复合导电材料。通过傅立叶变换红外光谱和扫描电子显微镜对复合导电材料进行了结构表征,并采用分散稳定性实验证明了PUR对MWNTs-OH的包覆效果。将复合导电材料与电极片组装制作成传感元件,测试其对4种不同溶剂(苯、无水乙醚、丙酮和氯仿)的气敏响应性。结果表明,合成的PUR/MWNTs-OH复合导电材料对苯和氯仿等亲油性溶剂具有良好的气敏选择性和重复稳定性,这主要是由于PUR结构中存在微相分离现象,亲油性溶剂能够与软段形成非晶微区相互作用,破坏了MWNTs-OH导电粒子形成的路径,导致电阻升高,引起气敏响应。

MWNTs/聚氨酯导电薄膜气敏响应性能

以多壁碳纳米管(MWNTs)为导电粒子,h-HTBN和HDI为原料,BDO为扩链剂进行原位聚合反应,合成了具有软段和硬段结构的聚氨酯复合导电薄膜.采用FTIR和TEM对薄膜材料进行表征和分析,测试对4种不同溶剂(苯、无水乙醚、丙酮和氯仿)的气敏响应强度、线性关系及循环稳定性等气敏响应行为.结果表明,该聚氨酯复合导电薄膜的响应行为与软段和硬段结构有关.

微观结构对聚偏氟乙烯/炭黑导电复合材料气敏响应性能的影响

制备了一种新型的炭黑(CB)填充聚偏氟乙烯(PVDF)的导电复合传感材料(PVDF/CB),通过研究辉光放电等离子体对PVDF/CB导电复合薄膜的修饰改性,阐明了复合膜微观结构与气敏响应行为的关系。实验结果表明:O2等离子体放电处理改善导电薄膜表面微观结构形态,增强导电薄膜的气敏响应性能,提高响应速度。同时采用FT-IR手段对实验结果进行了表征。

PEG/碳纳米管复合材料的制备与气敏响应研究

采用聚乙二醇对带有羧基的多壁碳纳米管(MWN-COOH)进行表面化学功能修饰,制备了一种新颖的对氯仿蒸气具有择优选择性化学气敏传感器,通过热重分析、红外光谱、拉曼光谱对薄膜样品进行表征,研究了薄膜样品对各种有机溶剂蒸气的电阻响应行为。实验结果表明该传感器对氯仿蒸气具有高的响应强度,快的响应速度和良好的重复稳定性,这归功于聚乙二醇接枝碳纳米管(MWNT-g-PEG)形成的独特结构和物理化学性能。

MWNTs/PUR复合材料的制备与气敏响应性研究

将端羧基丁二烯丙烯腈橡胶(CTBN)改性为多端羟基橡胶(f-CTBN)后,掺杂功能化多壁碳纳米管(MWNTs),与4,4′-二环己基甲烷二异氰酸酯(H12MDI)反应得到预聚物,再加入聚乙二醇(PEG6000)共聚合,得到一系列聚氨酯复合材料MWNTs/PUR;采用扫描电镜(SEM)、热失重(TG)等手段进行表征;考察了MWNTs含量、固化温度等因素对聚氨酯复合材料气敏响应能力的影响。结果表明,掺杂纳米管不仅提高了聚氨酯复合材料的力学和热学性能,更增强了其对有机溶剂饱和蒸汽的气敏响应能力;当固化温度为80℃时,聚氨酯复合材料的气敏响应能力最强。

碱处理对PVDF/CB复合导电薄膜气敏响应性能的影响

基于分子复合设计原理,制备了一种新型的炭黑填充聚偏氟乙烯(PVDF)气敏导电复合材料(PVDF/CB),并用KOH/乙醇溶液对PVDF/CB导电复合薄膜进行修饰改性,阐明了复合薄膜的微观结构与气敏响应行为之间的关系。实验结果表明,经过KOH/乙醇溶液处理,降低了导电膜的响应选择性和响应强度,采用傅立叶变换红外光谱法(FT-IR)实验证明,随着KOH/乙醇溶液用量提高,PVDF的分子结构得以改变。采用差示扫描量热分析法(DSC)实验证明,非晶区聚集态的变化对聚合物膨胀效应和导电膜响应性能产生了影响。

四氮杂轮烯的合成及其气敏响应特点

合成了四氮杂轮烯(TAA)及其Cu,Ni和Co络合物。

PANI/TiO2复合膜的制备及其气敏响应

为了获得高灵敏度的气敏传感器,采用溶胶–凝胶法和原位聚合法,将金属氧化物二氧化钛(TiO2)与导电高分子聚苯胺(PANI)复合制得了PANI/TiO2复合膜。利用原子力显微镜、X射线光电子能谱、傅立叶变换红外光谱和紫外–可见光吸收光谱等对其进行分析表征,并对其气敏性能进行了研究。结果表明,PANI/TiO2复合膜比表面积较纯PANI大,有利于其气敏性能,复合膜内各组分间存在化学键相互作用;复合膜在常温下对三甲基胺等类似的有机挥发气氛具有明显的气敏响应并能用高纯氮气脱吸,可用于构筑超敏感的化学传感器。

镍掺杂碳纳米管传感器检测变压器油中溶解气体的气敏性

检测变压器油中溶解气体的成分和含量对变压器运行状态的诊断和评估有重要意义。提出一种用镍掺杂的碳纳米管气敏传感器检测变压器油中溶解气体的方法,介绍其制备方法、试验方法及步骤,并对变压器油中气体进行气敏响应测试以及气敏响应机制的探讨。试验结果表明:与混酸修饰的碳纳米管相比,镍掺杂碳纳米管对变压器油中溶解的6种组分气体有更高的灵敏度和响应速度;对低浓度(1～10μL/L)的C2H2气体,传感器的电阻变化率ρ与气体浓度满足一定的线性关系。证明了所研制的传感器具有检测低浓度气体的能力,能够体现变压器油中溶解气体的大致产生情况及近似浓度。

二氧化钛纳米管气体传感器检测SF_6的气体分解组分SO_2F_2的气敏特性

由于设备绝缘缺陷,在GIS内部存在不同程度的局部放电现象,会导致SF6气体分解,出现事故隐患。为了防止事故的发生,提出了一种用TiO2纳米管阵列检测SO2F2这种SF6局部放电分解产物的重要特征组分的方法,来实现设备的在线监测。通过阳极氧化法制备了定向生长、高度有序的本征TiO2纳米管阵列,另采用电化学脉冲沉积法在本征TiO2纳米管阵列表面掺杂Pt纳米颗粒制作了Pt掺杂TiO2纳米管阵列。分别用这两种阵列的传感器对体积分数为30×10^-6-100×10^-6 SO2F2气体进行了气敏响应试验。试验结果表明,两种传感器对SO2F2气体有不同的响应,且在掺杂Pt纳米粒子之后不仅灵敏度提高,而且工作温度下降。

用于SO_2气体检测的4A型分子筛掺杂碳纳米管气敏传感器研制

SO2作为SF6气体在局部放电作用下的重要特征分解组分,其体积分数大小和变化规律可用于判断SF6绝缘设备内局部放电的严重程度。为提高碳纳米管传感器对SO2气体的检测灵敏度,实现对SO2气体的快速实时检测,提出了一种分子筛掺杂碳纳米管制备气敏传感器的方法,研究了不同掺杂比例的传感器对体积分数为10-4的SO2气体的气敏响应特性,并对反应机理进行了初步探讨。结果表明:与本征碳纳米管相比,4A分子筛掺杂制备出的碳纳米管气敏传感器对SO2的灵敏度有了显著提高,电阻变化率从0.96%最大提高至33.7%,并且传感器具有良好的重复性和稳定性,多次重复试验表明传感器电阻变化率保持稳定。研究结果为最终实现SF6气体绝缘设备中SO2气体的在线监测奠定了试验基础。

MnO2/NiO纳米复合微球的制备及室温NOx气敏性能研究

采用低温沉淀法合成含有Mn和Ni的碳酸盐前驱体。经焙烧处理制备了MnO2/NiO纳米复合微球。采用SEM和XRD研究了复合材料的形貌和结构。结果表明:所制备的MnO2/NiO复合微球直径约为2μm。微球表面纳米粒子稀松的排列,且粒子端口呈介孔结构。在室温下,MnO2/NiO-2薄膜传感器对NOx具有较好的气敏响应。当NOx气体浓度为100 ppm时,灵敏度达36%,响应时间为11 s。MnO2/NiO-2传感器对NOx气体的最低检测线为3 ppm。

一种新型有机气敏材料的成膜和低温气敏性能

制备了一种新型的有机气敏材料一取代双酞菁镧（Sub-Re（Pc）2），该材料具有优良的溶解性能和成膜性能，无需任何分子支撑剂即可较好地在纯水亚相上形成LB膜。当铺展量为0．5mg／m2时，崩溃压高达51mN／m。在10μm间距的超微电级上制备了18层LB单分子超薄膜，AFM观测证实其表面形貌均匀致密。在气敏响应的测试中，该材料在较低工作温度（10℃）下有灵敏的电子学响应，瞬时响应为3-5s，信号变化达4个数量级，在85％微热条件下能彻底脱附气体分子，已经具备实际应用价值。

P(St-co-AN)/MWCNT-OH气敏传感器的制备与性能研究

以羟基多壁碳纳米管(MWCNT-OH)为导电材料,采用原位自由基溶液聚合方法制备了苯乙烯-丙烯腈共聚物(P(St-co-AN)为基体的P(St-co-AN)/MWCNT-OH导电复合材料.利用MWCNT-OH与P(St-co-AN)间的共价键相互作用组装成一种对有机溶剂具有强烈响应性能的气敏传感薄膜.用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)及扫描电镜(SEM)对材料结构及形貌进行了表征.结果表明:MWCNT-OH与P(Stco-AN)间主要通过共价键相互作用形成紧密包覆,改善了相容性.气相性能试验表明:有机溶剂的响应行为主要受相似相容产生的膨胀模型控制.原位法构筑的传感薄膜表现出快速的响应性、良好的恢复性及重复稳定性.

MWCNT/PU导电聚合物复合膜的制备、表征及气敏特性

分别采用端羟基聚丁二烯丙烯腈(HTBN)、经水解改性的端羟基聚丁二烯-丙烯腈共聚物(h-HTBN)、聚乙二醇(PEG)与不同扩链剂反应,并填充不同导电填料[多壁碳纳米管(MWCNT)、羟基碳纳米管(MWCNT-OH)、羧基碳纳米管(MWCNT-COOH)],制备了一系列的多壁碳纳米管/聚氨酯(MWCNT/PU)复合导电膜。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对其微观结构和分散性进行了研究。并通过气敏性响应性测量,对比了所制备的复合导电膜对苯、无水乙醚、氯仿三种有机溶剂蒸气中的气敏响应性。结果表明,以h-HTBN为软段、1,4-丁二醇(BDO)为扩链剂,填充MWCNT-OH时制得的导电复合材料表现出了良好的分散性及气敏响应性,具有很好的开发前景。

掺杂MWNTs复合材料的制备与气敏性研究

将端羧基丁二烯丙烯腈橡胶（CTBN）与三乙醇胺反应，得到多端羟基橡胶，掺杂功能化多壁碳纳米管（MWNTs），与4，4’-二环己基甲烷二异胺氰酸酯（H12MDI）反应，得到预聚物，再加入系列聚乙二醇（PEG，Mn=2000）共聚合，得到一系列聚氨酯复合材料，采用扫描电镜（SEM）、热失重（TG）等表征手段研究复合材料的形貌和性能，结果表明，掺杂不同纳米管不仅能提高聚氨酯型材料的力学和热学性能，更重要的是可增强对溶剂饱和蒸汽气敏响应性能力。

双层石墨烯NO2气敏特性

使用化学气相沉积法生长石墨烯,制备单层和双层石墨烯气敏传感样品,采用拉曼光谱和光学显微镜对所制样品进行表征,通过气敏响应测试,比较单层和双层石墨烯对NO_2的气敏特性.结果表明,双层石墨烯相对单层石墨烯在低NO_2气体体积分数下解吸附时间缩短,响应度提升.在NO_2气体体积分数为10^(-6)量级时,双层石墨烯比单层石墨烯的响应时间提高近10倍,解吸附时间缩短近4倍,且探测下限达到50×10^(-9).

不同PtNPs掺杂量石墨烯传感器检测SF_(6)分解组分的气敏特性

气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)中SF_(6)气体放电分解组分的检测,对GIS内部局部放电的严重程度的判断和状态维修具有重要的意义。本文提出运用Pt纳米颗粒(PtNPs)掺杂石墨烯对SF_(6)放电分解组分进行检测,目的是为GIS的在线监测提供一种方法。采用一步化学还原法研制出不同PtNPs掺杂量石墨烯传感器,对SF_(6)主要分解组分进行了气敏响应实验,并对比了不同PtNPs掺杂量的石墨烯传感器及本征石墨烯传感器的气敏特性曲线,初步探讨了其气敏响应机理。实验结果表明,PtNPs的掺杂带来了响应值的提升,而且传感器在不同PtNPs掺杂量下显示出不同的选择性。