碳纳米管传感器检测SF_6放电分解组分的实验研究

研制了一种用浓硫酸和浓硝酸修饰,以印制电路板为基底,用于检测SF6局部放电分解组分的碳纳米管传感器。分析了碳纳米管膜的导电模型,并通过真空下传感器的温度特性试验,对修饰前后的碳纳米管传感器的电阻随温度变化的关系进行了分析。在实验室采用SF6放电分解试验装置,用碳纳米管传感器对分解组分进行检测,结果表明用经混酸修饰后的样品制作出的传感器对SF6放电分解组分表现出较好的吸附性。此外,研究了温度对传感器吸附性能的影响,结果表明,温度在85℃时传感器表现出最强的吸附性。

三电极碳纳米管传感器的极间距优化（英文）

三电极碳纳米管传感器各电极之间的间距大小是影响检测精度的关键因素之一。在用传感器阵列检测多组分气体混合物时,各传感器的极间距很难确定。为三电极碳纳米管气体传感器提出一种基于粒子群算法(PSO)的极间距优化方法。该方法包括设计极间距、组建由不同极间距的多个传感器组成的传感器阵列、建立包括极间距及检测离子电流的数据库、建立混合气体定量分析模型及极间距优化等步骤。采用多组由不同极间距的三个碳纳米管传感器构成的传感器阵列对NO和SO2混合气体进行测量,其中各传感器的极间距均采用上述方法优化。实验结果显示,上述极间距优化方法能够有效地选择电极之间的最佳间距,优化极间距后的传感器也获得了更高的检测灵敏度。

基于流体模型的碳纳米管电离式传感器的结构优化方法

与常规电离式传感器相比,碳纳米管三电极电离式气体传感器具有体积小、工作电压低的优势,对智能电网、泛在物联网的发展具有重要作用,但存在输出电流低、灵敏度低的缺点,需要从结构上对其进行优化.本文基于汤生放电原理,采用COMSOL Multiphysics多物理场直接耦合分析软件,建立了传感器二维等离子体放电流体仿真模型.研究得到了8种不同结构的传感器,在氮气背景中的静电场分布及传感器收集极平均电流密度.通过对比不同结构参数下的电场强度及电流密度值,得到了最优传感器结构.结合仿真结果,制备了8种优化结构的传感器进行实验验证,最优传感器结构具有最高的收集电流密度,与仿真结果一致,证明了本文提出的结构优化方法的可行性.基于最优结构,制作了100和120μm极间距的传感器,获得了NO/SO_2两组分混合气体的敏感特性.与其他技术相比,最优传感器的灵敏度比现有技术高1—2个数量级,展示了三电极电离式碳纳米管传感器的应用潜力.

基于碳纳米管的三维编织复合材料健康监测技术

分析了三维编织复合材料试件结构健康监测技术现状,结合三维编织复合材料编织工艺,提出了碳纳米管在三维编织复合材料试件健康监测方面的应用方法。结果说明碳纳米管应用于三维编织复合材料整体结构监测是可行的。碳纳米管传感器在三维编织复合材料试件结构健康监测中具有优异的应变传感特性,且嵌入的碳纳米管传感器对复合材料的力学性能影响不大。这为内置碳纳米管传感器应用于复合材料制件的健康检测提供了一种新的综合和分布式技术,为先进智能复合材料的研发与应用提供了依据。

碳纳米管应变传感测量与偏振拉曼控制方法研究

面向微尺度平面变形的精细测量对碳纳米管应变传感测量方法进行了理论与实验研究。利用碳纳米管的拉曼应变敏感性及其偏振选择性,针对各种典型的拉曼光谱系统偏振构型,推导建立了适于各种偏振拉曼构型的碳纳米管平面应变传感解析关系式。从测量学角度出发,对不同偏振构型下的应变传感进行了对比分析,得出入射与散射光偏振方向皆能够连续控制且始终保持平行的双偏协同构型最适合于平面应变传感,并进一步提出易于实现的双偏协同构型光路配置方式与控制方法。通过实验应用证明,所提出的方法能够有效的实现基于偏振拉曼的碳纳米管平面应变传感测量。

呼出气传感器进展、挑战和未来

人体呼出气中的挥发性有机化合物可反映人体的健康状况,用于多种疾病的评估。通过质谱分析已得到多种与疾病相关的呼出气生物标志物,如丙酮、一氧化氮、氨气和乙醇等,然而多数呼出气化合物的来源仍然未知。近年来基于传感器的呼出气分析取得了长足的发展,有望实现低成本筛选,用于大人群的早期诊断病理。目前广泛使用的传感器包括金属氧化物传感器、碳纳米管传感器、比色法传感器等。此外,通过传感器阵列组成的电子鼻系统可模拟生物嗅觉的作用机制,已实现了医疗领域的应用。整理、回顾并讨论了此类传感器的工作机制和近期在呼吸分析中的重要应用。

碳纳米管应变传感器的性能分析：实验偏振模式的影响机制

碳纳米管作为一种拉曼力学传感介质具有优异的力学性质及共振、偏振拉曼特性。将碳纳米管散布在基体材料中,即可实现局部应力/应变的测量。受到光学衍射极限的限制,常规的远场拉曼光谱得到的是一定区域内众多碳管的平均散射信息。本文综合考虑了采样点内各方向碳管的影响,并对碳管散射的共振状态、碳管的分布状态、拉曼系统的偏振构型及偏振方向等实验因素对碳纳米管应变传感器性能的影响进行了深入分析,采用分峰和重构的方法定量地给出了不同实验模式下采样点内的拉曼信息组成以及各种实验模式的测量精度。分析和对比表明,采用双偏振构型且偏振方向沿荷载施加方向时的测量精度最高,即最优的实验模式。

碳纳米管应变传感器的性能分析:传感介质与制备工艺

利用碳纳米管拉曼特征峰位对其变形的灵敏特性,基于拉曼光谱的碳纳米管应变传感方法,已经实现了针对非拉曼活性固体材料表面微尺度范围内的平面应变分量非接触传感测量。本文侧重该方法在微尺度实验力学研究中的推广应用,从传感介质和制备工艺的选择出发,采用改进后的三种不同工艺,制备了碳纳米管/环氧树脂复合薄膜作为传感介质;综合零载标定实验和步进单轴拉伸标定实验的实测结果,对比分析了不同工艺获得传感介质的应变传感灵敏度、量程、稳定性和时间分辨率四个关键性能指标;最后对传感性能的影响因素进行了探讨。

高压SF6开关设备气体分解物浓度在线监测装置研制

高压SF_6断路器气体分解产物体积分数是SF_6断路器内部放电模式和放电能量的重要判据。为了通过SF_6气体分解产物实现SF_6断路器的运行状态在线监测,文中研制了一种基于碳纳米材料的电离式碳纳米管传感器和一套用于检测传感器输出微电流的检测装置。笔者以SF_6气体重要的分解产物之一SOF_2作为被测气体进行实验测试,结果表明,电离式碳纳米管传感器输出电流与SOF_2气体体积分数成单值关系,其电流大小能够反映出SOF_2气体体积分数;文中开发的微电流检测装置能够完成传感器输出的纳安级微弱电流的检测,具有较高的检测精度。该检测装置可用于实时监测SF_6气体分解生成的SOF_2气体体积分数,为研究SF_6断路器内部放电和实现SF_6气体分解物在线监测提供了可能。

基于原位测量的复合材料冲击损伤定位

针对连续碳纤维增强环氧树脂基复合材料层合板和玻璃纤维(GF)增强环氧树脂基复合材料层合板两类典型结构,开展了基于原位测量的冲击损伤定位研究。利用碳纤维/环氧树脂基复合材料层合板自身的导电性,设计了电极阵列,考察了板厚对定位结果的影响;对于不导电玻璃纤维/环氧树脂基复合材料层合板,设计并制备了多壁碳纳米管涂覆的玻璃纤维束(MWCNT@GF)传感器,并将MWCNT@GF嵌入层合板中形成传感网络,考察了不同入射角度对定位结果的影响。对于上述两种方法,编制了冲击损伤成像算法。结果表明:利用冲击前后碳纤维自身电阻和嵌入MWCNT@GF传感器的方法,可准确定位碳纤维/环氧树脂基复合材料层合板和玻璃纤维/环氧树脂基复合材料层合板的冲击损伤。