CN112034015A - 铂钯掺杂cnt、掺杂cnt传感器的制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铂钯掺杂CNT、掺杂CNT传感器的制备方法及应用,通过本发明提供的铂钯掺杂CNT、掺杂CNT传感器的制备方法可以制备得到铂钯掺杂CNT以及铂钯掺杂CNT传感器,增强了CNT对SF6分解组分的吸附能力和反应能力,并且制备得到的铂钯掺杂CNT以及铂钯掺杂CNT传感器对SF6分解组分中的SO2和SOF2有特异性识别能力,在将其用于检测SF6分解组分中SO2和SOF2的浓度时,具有高灵敏度和高准确性。
Description
技术领域
本发明涉及新型碳纳米管材料制备领域和气体检测应用技术领域,更具体地说,涉及一种铂钯掺杂CNT、掺杂CNT传感器的制备方法及应用。
背景技术
SF6是一种极为惰性的气体,它是由六个F原子围绕中心S原子所构成的,该气体在室温下化学性质稳定,且无色、无味、无毒。此外,SF6具有强电负性,是一种绝缘强度很高的气体,具有良好的灭弧性能。因此SF6气体经常作为高压设备中的绝缘介质,为电气绝缘设备的安全稳定运行提供保障,SF6气体在电力系统中起着举足轻重的作用。
如今,SF6气体绝缘封闭组合电器(Gas Insulated Switchgear,简称GIS)在高压乃至超高压输配电系统中得到广泛应用。GIS是内部封装有高压电器元件的金属筒状开关设备,其中SF6作为绝缘介质注入接地金属筒中,对内部开关设备起着绝缘和灭弧的作用。然而,在实际的设备制造和装配过程中,GIS内部不可避免的一些绝缘缺陷,例如毛刺、污秽、金属颗粒、设备老化或设备检修带入的杂质等,使得绝缘设备在长期运行过程中产生绝缘故障。随着GIS应用的日益普及,其内部潜在的绝缘故障无疑是电力系统安全运行的重大隐患,严重威胁社会经济的稳定发展和人民生活的安定祥和。因此,必须采取相应措施检测GIS的潜在故障、评估SF6绝缘设备的运行状态,从而降低电力事故发生率。历年来的GIS故障数据表明,在绝大多数绝缘故障发生前,SF6绝缘设备内部均存在局部放电(PartialDischarge,PD)现象。导致PD的绝缘缺陷包括金属突出物、气隙及金属污秽等。SF6在长期的PD环境下会分解为极不稳定的低氟硫化物(SFn,n=1~5)。通常情况下,SFn与环境中的F原子碰撞时,能够恢复为SF6分子;但当设备中存在H2O和O2时,SFn会进一步发生反应,生成SO2、SOF2、和SO2F2等一系列分解组分。
大量的研究表明,SF6的分解组分不仅会恶化SF6气体的绝缘性能、影响设备运行状态,还会促进SF6的分解,加速进而引发严重的绝缘故障,危害电力系统的运行状态;其次,SF6分解组分的浓度和种类与设备中PD的严重程度有着紧密的关系。因此,通过分析SF6绝缘设备中分解组分的浓度和产气速率等参数,可有效地评估设备的绝缘故障及其严重程度。
目前,多采用气体检测管法来检测SF6绝缘设备中分解组分的浓度,然而,目前的商业气体检测管仅能实现常见气体的气敏检测,尚未问世针对多种SF6分解组分的检测管,如SOF2气体检测管。所以后面又提出了可以使用纳米传感器进行气体检测,但是并未提及使用何种纳米传感器实现对SF6分解组分的检测,尤其是并未提及使用何种纳米传感器对SF6绝缘设备中SF6分解组分中SO2和SOF2的浓度进行检测。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供一种铂钯掺杂CNT、掺杂CNT传感器的制备方法及应用。
为实现上述目的,本发明所采用的具体技术方案如下:
一种铂钯掺杂CNT的制备方法,包括以下步骤:
S11:将作为载体的CNT加入氧化性酸性溶液混合后进行高温回流操作,经去离子水清洗至中性并过滤干燥得到纯净的CNT;
S12:将氯铂酸、二氯化铅及柠檬酸钠融入乙醇溶液混匀后加入纯净的CNT后进行电磁振荡;
S13:对经过电磁振荡的混合溶液进行微波加热,待冷却后再次进行微波加热,重复多次得到样品溶液;
S14:将样品溶液在高温下进行超声分散后进行过滤,经去离子水清洗后置于高温真空环境中烘干得到铂钯掺杂CNT。
进一步地,步骤S11包括:将作为载体的CNT加入氧化性酸性溶液混合后在75℃~85℃环境下回流100~140分钟;
步骤S14包括:将样品溶液置于75℃~85℃环境下进行超声分散100~140分钟后进行过滤。
进一步地,步骤S1中作为载体的CNT、步骤S12中的氯铂酸、二氯化铅及柠檬酸钠的质量比为50:2:1:100。
进一步地,步骤S13中对经过电磁振荡的混合溶液进行微波加热40~50秒后冷却10~20秒,再次微波加热40~50秒,重复3~4次。
进一步地,本发明还提供一种铂钯掺杂CNT传感器的制备方法,包括将按照上述任意一种方法制备得到的铂钯掺杂CNT涂布于CNT传感器的叉指电极表面得到铂钯掺杂CNT传感器。
进一步地,所述铂钯掺杂CNT的掺杂浓度为0.1mmol/g。
进一步地,将制备得到的铂钯掺杂CNT涂布于CNT传感器的叉指电极表面包括:
S21:在确认所述CNT传感器叉指电极间为绝缘状态后对所述CNT传感器叉指电极的表面进行清洗;
S22:将按照上述任意一种方法制备得到的铂钯掺杂CNT分散在乙醇中形成铂钯掺杂CNT分散液;
S23:用喷涂仪将铂钯掺杂CNT分散液均匀喷洒在洗净的CNT传感器叉指电极表面,并对所述叉指电极表面加热直至乙醇挥发完毕得到铂钯掺杂CNT传感器。
进一步地,步骤S21中对所述CNT传感器叉指电极的表面进行清洗包括:
S211:使用无水乙醇浸泡叉指电极,并对所述叉指电极的表面进行超声清洗;
S212:取出叉指电极,用稀盐酸浸泡叉指电极,并再次进行超声清洗;
S213:取出叉指电极,用去离子水浸泡叉指电极,并再次进行超声清洗,最后取出烘干后备用。
本发明还提供一种铂钯掺杂CNT传感器的应用,包括利用上述任意一种铂钯掺杂CNT传感器对SF6气体绝缘设备中SF6的分解组分进行检测以确定SF6气体绝缘设备的运行状态。
进一步地,利用上述任意一种铂钯掺杂CNT传感器对SF6气体绝缘设备中SF6的分解组分进行检测的步骤包括:
S31:对SO2和SOF2的敏感性检测组建人工神经网络;
S32:利用所述铂钯掺杂CNT传感器构建传感器阵列,并将所述传感器阵列置于SF6气体绝缘设备中;
S33:所述传感器阵列将气敏响应数据输入所述人工神经网络进行计算从而得到SF6的分解组分中SO2和SOF2的浓度。
通过本发明提供的铂钯掺杂CNT、掺杂CNT传感器的制备方法可以制备得到铂钯掺杂CNT以及铂钯掺杂CNT传感器,并且制备得到的铂钯掺杂CNT以及铂钯掺杂CNT传感器对SF6分解组分中的SO2和SOF2有特异性识别能力,在将其用于检测SF6分解组分中SO2和SOF2的浓度时,具有高灵敏度和高准确性。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明,附图中:
图1为本发明实施例一提供的铂钯掺杂CNT的制备方法的流程示意图;
图2为本发明实施例一提供的铂钯掺杂CNT传感器的制备方法的流程示意图;
图3为本发明实施例二提供的对SF6气体绝缘设备中SF6的分解组分进行检测的流程示意图;
图4-1为PtPd-CNT传感器检测SF6分解组分的传感特性曲线示意图;
图4-2为PtPd-CNT传感器对SF6分解组分的气敏响应值示意图;
图5为PtPd-CNT传感器对四种SF6分解组分的循环气敏特性示意图;
图6-1为PtPd-CNT传感器对不同浓度SOF2的气敏传感曲线示意图;
图6-2为SOF2气敏响应值与浓度拟合关系示意图;
图7-1为PtPd-CNT传感器对不同浓度SO2的气敏传感曲线示意图;
图7-2为SO2气敏响应值与浓度拟合关系示意图。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图及具体实施例进行详细描述,应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例一:
本实施例提供一种铂钯掺杂CNT的制备方法,请参见图1所示,包括以下步骤:
S11:将作为载体的CNT加入氧化性酸性溶液混合后进行高温回流操作,经去离子水清洗至中性并过滤干燥得到纯净的CNT。
步骤S11中的氧化性酸性溶液可以是浓硝酸、或浓硫酸、或硝酸和硫酸的混合溶液。在将CNT加入氧化性酸性溶液混合后,可以在75℃~85℃环境下回流100~140分钟。优选的,可以在80℃环境下回流120分钟,从而可以得到纯净的CNT,且CNT的负载能力可以得到显著的提高。
S12:将H2PtCl6(氯铂酸)、PdCl2(二氯化铅)及柠檬酸钠融入乙醇溶液混匀后加入纯净的CNT后进行电磁振荡。
应当说明的是,步骤S1中作为载体的CNT、步骤S12中的氯铂酸、二氯化铅及柠檬酸钠的质量比可以为50:2:1:100,并且为了充分混合均匀,可以电磁振荡30分钟。
S13:对经过电磁振荡的混合溶液进行微波加热,待冷却后再次进行微波加热,重复多次得到样品溶液。
步骤S13中可以对经过电磁振荡的混合溶液进行微波加热40~50秒后冷却10~20秒,再次微波加热40~50秒,重复3~4次。
S14:将样品溶液在高温下进行超声分散后进行过滤,经去离子水清洗后置于高温真空环境中烘干得到铂钯掺杂CNT。
在步骤S14中,可以将样品溶液置于75℃~85℃环境下进行超声分散100~140分钟后进行过滤。优选的,可以将样品溶液置于80℃环境下进行超声分散120分钟后进行过滤,用去离子水反复冲洗以除去杂质离子后,置于80℃真空干燥炉中烘干,即可得到铂钯掺杂CNT。
本实施例还提供一种掺杂CNT传感器的制备方法,包括将按照上述方法制备得到的铂钯掺杂CNT涂布于CNT传感器的叉指电极表面得到铂钯掺杂CNT传感器。
为了制备铂钯掺杂CNT传感器,优选的,铂钯掺杂CNT的掺杂浓度为0.1mmol/g,也即1g的铂钯掺杂CNT样品中应当有0.1mmol的铂以及0.1mmol的钯。
此时,具体来说可以按照以下的过程制备掺杂浓度为0.1mmol/g的铂钯掺杂CNT:
①将0.050g本征碳纳米管加入浓硝酸中,在80℃下回流2h,去离子水反复清洗后备用,以提高其负载能力;②将0.002g H2PtCl6、0.001g PdCl2及0.10g柠檬酸钠融入20mL乙醇溶液中,混匀后加入清洗干净的本征碳纳米管,电磁振荡30min后置于微波炉(2450MHz,500W)中加热45s,冷却15s后再次加热45s,重复3~4次;③将样品在80℃下超声分散2h后过滤,用去离子水反复冲洗以除去杂质离子,将样品溶液置于80℃真空干燥炉中烘干,即得0.10mmol/g PtPd-CNT样品。
请参见图2所示,将制备得到的铂钯掺杂CNT涂布于CNT传感器的叉指电极表面包括:
S21:在确认CNT传感器叉指电极间为绝缘状态后对CNT传感器叉指电极的表面进行清洗。
可以在叉指电极的两电极上各引出一条气敏测试导线,测试两引线之间的电阻,从而确认两电极之间的绝缘状态。
对CNT传感器叉指电极的表面进行清洗包括:
S211:使用无水乙醇浸泡叉指电极,并对叉指电极的表面进行超声清洗,以去除其表面的有机物;
S212:取出叉指电极,用稀盐酸浸泡叉指电极,并再次进行超声清洗,以去除其表面的氧化物;
S213:取出叉指电极,用去离子水浸泡叉指电极,并再次进行超声清洗,最后取出烘干后备用。
S22:将制备得到的铂钯掺杂CNT分散在乙醇中形成铂钯掺杂CNT分散液。
S23:用喷涂仪将铂钯掺杂CNT分散液均匀喷洒在洗净的CNT传感器叉指电极表面,并对叉指电极表面加热直至乙醇挥发完毕得到铂钯掺杂CNT传感器。
用喷涂仪将铂钯掺杂CNT分散液均匀喷洒在清洁完的叉指电极表面。为加速分散液挥发,可以采用加热设备维持基底温度为80℃,喷涂时长可以为10s/次,喷涂间隔为10s,以获得薄膜均匀、致密的铂钯掺杂CNT传感器。
实施例二:
本实施例提供一种铂钯掺杂CNT传感器的应用,具体而言,利用按照上述实施例所提及的方法制备得到的铂钯掺杂CNT传感器对SF6气体绝缘设备中SF6的分解组分进行检测,以确定SF6气体绝缘设备的运行状态。
请参见图3所示,对SF6气体绝缘设备中SF6的分解组分进行检测包括以下步骤,
S31:针对SO2和SOF2的敏感性检测组建人工神经网络。
S32:利用铂钯掺杂CNT传感器构建传感器阵列,并将传感器阵列置于SF6气体绝缘设备中。
本实施例中可以将传感器阵列安装在绝缘设备外部管道上,更利于进行检测。
S33:传感器阵列将气敏响应数据输入人工神经网络进行计算从而得到SF6的分解组分中SO2和SOF2的浓度。
在计算得到SF6的分解组分中SO2和SOF2的浓度后便可以确定对应绝缘设备的运行状态。
为验证本实施例所提供方法的有效性,进行了相关实验测试铂钯掺杂CNT传感器的气敏检测性能。
制备掺杂浓度为0.10mmol/g的PtPd-CNT样品,然后将其均匀涂布于CNT传感器的叉指电极表面得到铂钯掺杂CNT传感器。选取50ppm的H2S、SO2、SOF2以及SO2F2为待测气体,He为待测气体的背景气体并对实验设备进行洗气,气体通入设备的流速均为150mL/min传感和恢复过程时间均为5min。具体的气敏实验步骤如下:
①将制备的铂钯掺杂碳纳米管传感器置于气敏响应室内,连接各气敏测试系统中的部分组件,检验装置气敏性;②利用真空泵将气室中的空气抽出,充入氦气至常压状态,多次重复以保证彻底排除气室中的空气;以流速为0.15L/min向气室中通入高纯He气,当电化学工作站测得传感器的电阻值稳定时,记下初态电阻值R0;③将标准浓度的待测气体以0.15L/min的恒定流速通入气敏测试系统,传感器接触标准气体后电阻将发生变化并最终达到稳定值,通过电化学工作站获得该电阻变化曲线并记录稳定时的电阻值R;为充分反应铂钯掺杂CNT传感器的气敏性能,标准浓度选取多个数值;待测气体分别为H2S、SO2、SOF2和SO2F2;④将被测气体用真空泵抽出并通入氦气使得传感器的电阻值得到恢复,记录电火花工作站所获电阻变化曲线;多次重复步骤②~④;⑤实验完成后,关闭电化学工作站。利用真空泵将气室中的氦气抽出并保证气室与大气相通,一段时间后再将气室中气体抽出,反复多次以保证气室内为纯净空气。
完成气敏实验后,选取响应值众数的传感特征曲线分析PtPd-CNT的气敏性能。图4-1和图4-2分别展示了PtPd-CNT(铂钯掺杂碳纳米管)传感器检测四种SF6分解组分的传感特性曲线及各体系的气敏响应值。
从图4-1所示的传感特性曲线图中可以看出,PtPd-CNT在吸附不同SF6分解组分的电阻变化趋势有所不同。在H2S、SOF2以及SO2F2体系中,传感器电阻增强;而在SO2体系中,传感器电阻减小,此外,PtPd-CNT对SO2和SOF2有较好的传感效果,其传感响应值显著高于SO2F2及H2S体系。从图4-2所示的传感响应值分布中可以看出,PtPd-CNT对四种SF6分解组分的传感响应值排序为:SOF2(15.66%)>SO2(-10.86%)>SO2F2(7.28%)>H2S(4.63%)。
在SOF2体系中,可以看到类似0.1mmol/g Pt-CNT/H2S体系的两段式传感曲线,这主要是由于传感前半段的强化学吸附作用及后半段的竞争吸附作用导致的。当SOF2气体接触PtPd-CNT传感器时,二者间的强化学吸附作用会使得气固界面反应迅速且激烈,进而导致PtPd-CNT的电导率显著变化,因此在前半段传感过程中,PtPd-CNT的气敏响应值变化趋势较快。当传感时间达到55s左右,SOF2吸附过程陷入瓶颈,气固界面产生竞争吸附现象,故而气固界面的反应逐渐变弱,PtPd-CNT的电阻变化也逐渐放缓,直到吸附过程达到饱和,气敏响应值保持稳定,响应时间为195s。
在其他三个体系中,一方面由于吸附反应相对微弱,另一方面PtPd复合掺杂能够给气体吸附提供足够多的活跃位点以保证吸附过程稳定、持续发生,因此在这三个体系中,PtPd-CNT的电阻变化较为平缓,其气敏响应曲线较为平滑。此外,这三个体系的气敏响应时间也较SOF2体系长一些,均在250s左右,这再次说明了PtPd-CNT对SOF2相比于其他三种气体更为强烈的化学吸附作用。进入气敏恢复阶段后,可以发现PtPd-CNT对H2S和SO2F2具有较好的恢复特性,恢复时间在260s左右时PtPd-CNT的电阻值即保持不变。此时,仍有少量的电阻值尚未完全恢复,这是由于PtPd-CNT材料表面残存的目标气体导致的。在H2S和SO2F2体系中,尚未恢复电阻率为0.34%和0.54%,该数据说明残留于PtPd-CNT表面的两种气体是极少的。相比而言,残留于PtPd-CNT表面的SO2和SOF2气体在恢复300s后较多一些,尚未恢复电阻率为1.71%和1.86%,这是由于传感过程中气固界面强烈的吸附作用使得较多的残留气体无法完全脱附导致的。
为探究PtPd-CNT传感器检测四种SF6组分的稳定性及可靠性,在单轮传感实验后,进行循环传感实验研究,所得四轮传感过程的特征曲线如图5所示。从图中可以看出,随着传感次数的增加,PtPd-CNT对四种气体的气敏响应值有逐渐减小的趋势,同时其气敏恢复能力也逐渐减弱,即未恢复电阻率有不断增长的趋势。例如,在SOF2体系中,PtPd-CNT在第一轮的气敏响应值和未恢复电阻率分别为15.79%和1.76%;在第二轮的气敏响应值和未恢复电阻率分别为15.01%和2.52%;在第三轮的气敏响应值和未恢复电阻率分别为14.18%和2.56%;在第四轮的气敏响应值和未恢复电阻率分别为13.34%和2.82%。由此可得,经过四轮气敏传感过程,PtPd-CNT对SOF2的响应值降低了2.45%;而未恢复电阻率增加了1.06%。类似的,在四轮气敏传感后,PtPd-CNT对H2S的响应值降低0.77%,未恢复电阻率增加0.47%;对SO2的响应值降低1.58%,未恢复电阻率增加0.54%;对SO2F2的响应值降低1.24%,未恢复电阻率增加0.89%。尽管循环检测过程中,PtPd-CNT传感器的传感和恢复性能不断减弱,其在四个体系中的响应时间和恢复时间均保持在较好的水平且较为稳定。例如,H2S体系中,四轮气敏响应时间均在250s左右;SOF2体系中,四轮气敏响应时间均在200s左右。这体现了PtPd-CNT稳定的气体吸附和脱附性能,也反应所制备材料的性能较为稳定、掺杂较为均匀。
对比传感数据可以发现,PtPd-CNT传感器在循环检测SOF2的过程中,气敏响应值减弱的趋势是最快的,其原因与该体系中未恢复电阻率增长速度最快是相同的,即PtPd-CNT与SOF2间的强化学吸附作用。每一轮传感过程后残留于PtPd-CNT表面的SOF2气体不断增加,导致下一轮气敏检测中对SOF2的吸附活性不断降低,这在一定程度上会影响气敏传感器的使用寿命。尽管在第四轮循环检测时,PtPd-CNT对SOF2气体的未恢复电阻率达2.82%,但其气敏响应值依然高达13.34%,因此可以认为PtPd-CNT对SOF2具有较好的气敏传感性,通过PtPd-CNT传感器检测SF6的分解组分中SOF2的浓度是可行的。同时,从SO2传感体系的第四轮气敏响应值和未恢复电阻率可以看出,尽管PtPd-CNT传感器的未恢复电阻率在2%以上,但气敏响应值仍较为可观。更重要的是,PtPd-CNT仅对SO2气体有负传感趋势,能够实现对SO2的特异性识别,所以通过PtPd-CNT传感器检测SF6的分解组分中SO2的浓度也是可行的。
鉴于PtPd-CNT传感器对SO2和SOF2的优异气敏性能,考察PtPd-CNT对这两种目标气体在不同浓度下的特征传感曲线,选取的气体浓度包括:1、2、5、10、25、50、100和200ppm,两个体系的传感和恢复时间均选择为200s。得到PtPd-CNT在SOF2和SO2不同浓度下的传感特性曲线及响应值-浓度拟合曲线如图6-1、图6-2和图7-1、图7-2。
图6-1所示为PtPd-CNT传感器对不同浓度SOF2的气敏传感曲线,从图中可以看出,随着SOF2气体浓度的增加,PtPd-CNT传感器的气敏响应值是随之增加的。具体而言,当SOF2浓度分别为1、2、5、10、25、50、100及200ppm时,PtPd-CNT的气敏响应值分别为4.02%、6.54%、8.68%、12.15%、14.33%、16.36%、19.64及22.84%。根据朗缪尔吸附方程,将气敏响应值与对应气体浓度进行拟合可以得到图6-2所示的浓度拟合关系,由图可知,在SOF2体系中,PtPd-CNT的气敏响应值(y)与SOF2气体浓度(x)的对数间存在线性关系,即y=3.77+7.92lgx,拟合度(R2)为0.986,因此可以基于这一拟合关系构建SOF2的敏感性检测的人工神经网络。
图7-1所示为PtPd-CNT对不同浓度SO2的气敏传感曲线,从图中可以看出,随着SO2气体浓度的增加,PtPd-CNT传感器的气敏响应值也随之增加。不同于SOF2体系,SO2体系中电阻变化是负响应的,即随着气体浓度的增大,PtPd-CNT的电阻减小量不断增大。具体而言,当SO2气体浓度分别为1、2、5、10、25、50、100及200ppm时,PtPd-CNT的气敏响应值分别为-2.07%、-3.78%、-5.76%、-7.99%、-9.25%、-10.81%、-12.71及-14.86%。根据朗缪尔吸附方程,气敏响应值与SO2气体浓度的拟合关系如图7-2所示。由图可知,PtPd-CNT的气敏响应值(y)与SO2气体浓度(x)对数间的线性关系为y=-2.10-5.37lgx,拟合度(R2)为0.993,因此可以基于这一拟合关系构建SO2的敏感性检测的人工神经网络。
综上所述,PtPd-CNT传感器对SO2和SOF2有着较好的检测灵敏度和重复性。验证实验中得到的响应值-浓度拟合曲线也进一步表明了PtPd-CNT传感器能够实现对这两种气体的高敏感性定量检测。从恢复曲线来看,200s的恢复时间尚不足以满足PtPd-CNT在高浓度气体环境中恢复至正常水平,但这对检测更高浓度气体的灵敏性影响是较小的,可忽略不计。随着气体浓度的增加,气体残留量也随之增加,且随着检测次数的增加,气敏传感器的灵敏度将产生少许偏差。因此,在实际应用的单次检测后,对传感器进行必要的解吸处理是降低下次传感误差的有效手段。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述,但是本发明并不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,而不是限制性的,本领域的普通技术人员在本发明的启示下,在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下,还可做出很多形式,这些均属于本发明的保护之内。
Claims (10)
1.一种铂钯掺杂CNT(Carbon Nano Tubes,碳纳米管)的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S11:将作为载体的CNT加入氧化性酸性溶液混合后进行高温回流操作,经去离子水清洗至中性并过滤干燥得到纯净的CNT;
S12:将氯铂酸、二氯化铅及柠檬酸钠融入乙醇溶液混匀后加入纯净的CNT后进行电磁振荡;
S13:对经过电磁振荡的混合溶液进行微波加热,待冷却后再次进行微波加热,重复多次得到样品溶液;
S14:将样品溶液在高温下进行超声分散后进行过滤,经去离子水清洗后置于高温真空环境中烘干得到铂钯掺杂CNT。
2.如权利要求1所述的铂钯掺杂CNT的制备方法,其特征在于,步骤S11包括:将作为载体的CNT加入氧化性酸性溶液混合后在75℃~85℃环境下回流100~140分钟;
步骤S14包括:将样品溶液置于75℃~85℃环境下进行超声分散100~140分钟后进行过滤。
3.如权利要求1所述的铂钯掺杂CNT的制备方法,其特征在于,步骤S1中作为载体的CNT、步骤S12中的氯铂酸、二氯化铅及柠檬酸钠的质量比为50:2:1:100。
4.如权利要求1所述的铂钯掺杂CNT的制备方法,其特征在于,步骤S13中对经过电磁振荡的混合溶液进行微波加热40~50秒后冷却10~20秒,再次微波加热40~50秒,重复3~4次。
5.一种掺杂CNT传感器的制备方法,其特征在于,包括将按照权利要求1-4任一项方法制备得到的铂钯掺杂CNT涂布于CNT传感器的叉指电极表面得到铂钯掺杂CNT传感器。
6.如权利要求5所述的掺杂CNT传感器的制备方法,其特征在于,所述铂钯掺杂CNT的掺杂浓度为0.1mmol/g。
7.如权利要求5所述的掺杂CNT传感器的制备方法,其特征在于,将制备得到的铂钯掺杂CNT涂布于CNT传感器的叉指电极表面包括:
S21:在确认所述CNT传感器叉指电极间为绝缘状态后对所述CNT传感器叉指电极的表面进行清洗;
S22:将按照权利要求1-4任一项方法制备得到的铂钯掺杂CNT分散在乙醇中形成铂钯掺杂CNT分散液;
S23:用喷涂仪将铂钯掺杂CNT分散液均匀喷洒在洗净的CNT传感器叉指电极表面,并对所述叉指电极表面加热直至乙醇挥发完毕得到铂钯掺杂CNT传感器。
8.如权利要求7所述的掺杂CNT传感器的制备方法,其特征在于,步骤S21中对所述CNT传感器叉指电极的表面进行清洗包括:
S211:使用无水乙醇浸泡叉指电极,并对所述叉指电极的表面进行超声清洗;
S212:取出叉指电极,用稀盐酸浸泡叉指电极,并再次进行超声清洗;
S213:取出叉指电极,用去离子水浸泡叉指电极,并再次进行超声清洗,最后取出烘干后备用。
9.一种如权利要求5-8任一项所述的铂钯掺杂CNT传感器的应用,其特征在于,利用所述铂钯掺杂CNT传感器对SF6气体绝缘设备中SF6的分解组分进行检测以确定SF6气体绝缘设备的运行状态。
10.如权利要求9所述的铂钯掺杂CNT传感器的应用,其特征在于,包括以下步骤:
S31:针对SO2和SOF2的敏感性检测组建人工神经网络;
S32:利用所述铂钯掺杂CNT传感器构建传感器阵列,并将所述传感器阵列置于SF6气体绝缘设备中;
S33:所述传感器阵列将气敏响应数据输入所述人工神经网络进行计算从而得到SF6的分解组分中SO2和SOF2的浓度。
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