关键词:
变压器油
气敏传感器
油中溶解气体分析
密度泛函理论
SnS二维材料
摘要:
为了研究适用于变压器油中特征气体监测的气体传感器气敏材料,基于密度泛函理论研究了一种新型过渡金属掺杂的二维材料对变压器油特征气体的吸附机理。首先构建了Mn掺杂的SnS二维材料模型,并计算了6种特征气体(H_(2)、CO、CH_(4)、C_(2)H_(2)、C_(2)H_(4)、C_(2)H_(6))在该改性二维材料上的吸附模型。通过分析吸附能和吸附距离,发现CO、C_(2)H_(2)、C_(2)H_(4)3种气体的吸附能更大且吸附距离更近,表现出更强的吸附特性。而H_(2)、CH_(4)、C_(2)H_(6)3种气体的吸附能较小,且吸附距离较远,表现为典型的物理吸附。进一步通过态密度分析,前线轨道分析了吸附的化学机理,可以发现CO、C_(2)H_(2)、C_(2)H_(4)3种气体的吸附显著改变了体系的电子结构,在占据轨道能级中表现出正值的重叠布局态密度,同时在前线轨道上形成了轨道耦合,表明这3种特征气体的吸附过程为化学相互作用。而H_(2)、CH_(4)、C_(2)H_(6)则未表现出显著的轨道耦合和电子结构变化,其主要为范德华力主导的物理吸附作用。最后通过能隙和吸附能分析了Mn掺杂SnS二维材料电导率和脱附时间的变化,发现该材料是一种性能优异的气敏材料,从理论上论证了其应用于变压器油特征气体CO、C_(2)H_(2)、C_(2)H_(4)检测的可能性。