一种用于GIS特征气体检测的石墨烯基传感器的制作方法

本实用新型涉及涉及一种用于gis特征气体检测的石墨烯基传感器。

背景技术：

六氟化硫气体因其良好的绝缘性能和灭弧性能在gis中被广泛应用。以往运行经验表明，电气设备在长期运行中不可避免的存在绝缘缺陷，这些潜在缺陷的出现往往会引起不同程度的局部放电。在局部放电的作用下，gis内部的sf6出现分解并与设备内部的微水微氧反应生成so2、so2f2、sof2、cf4等gis特征气体。这些产物会腐蚀金属表面进一步加速设备绝缘老化，最终可能导致绝缘设备的损坏甚至使整个供电系统瘫痪。因此，为确保绝缘设备稳定运行，通过准确检测gis特征气体，判断局部放电的总体状况，能够尽早发现绝缘设备内部缺陷，避免gis潜在故障的发生。

现有气体传感器多用于氮氧化物等的检测，如公开号cn205091287u公开的基于硫掺杂石墨烯的氮氧化物气体传感器，包括：微加热器平台衬底及硫掺杂石墨烯；所述微加热器平台衬底上设有测试电极及加热器；所述硫掺杂石墨烯至少覆盖所述测试电极。只限于对氮氧化物的检测，但是不适用于对so2、h2o等气体的检测。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供了一种用于gis特征气体检测的石墨烯基传感器，羧基官能团的修饰使其吸附gis特征气体的能力大大提升，进一步提升了传感器的灵敏度。

为实现上述目的，本实用新型通过以下方案实现：一种用于gis特征气体检测的石墨烯基传感器，包括电极、石墨烯层、绝缘层和基底，所述石墨烯层覆在印有电极的所述绝缘层表面，所述绝缘层覆在基底表面。

优选的，所述石墨烯层采用化学气相沉积法生长的氧化石墨烯，并利用氢氧化钠与一氯乙酸溶液将上述石墨烯表面的羟基与环氧基转化为羧基，用聚甲基丙烯酸甲酯作为支撑层湿法将所述单层石墨烯移动并覆盖在所述绝缘层表面。羧基官能团能有效吸附特征气体。

所述电极位于绝缘层的两端，并与石墨烯层接触形成回路。

优选的，所述石墨烯层为二维多孔结构，孔尺寸为2-8nm，比表面积为300-450m²/g。

优选的，所述绝缘层为二氧化硅绝缘层。

优选的，所述电极的材质为au、ag、pt、ti、cu、cr、fe、co、ni、ge中的一种或其组合。

优选的，所述基底为硅基底、陶瓷基底或其他绝缘基底。

所述基底尺寸和形状与绝缘层尺寸和形状相同。

所述石墨烯层的羧基官能团用于吸附gis特征气体。

本实用新型的有益效果为：1、羧基官能团的修饰使其吸附gis特征气体的能力大大提升，进一步提升了传感器的灵敏度；

2、气体分子被吸附后，石墨烯的电参数改变较大，根据微电流表示数变化判断待测气体种类，大大提升了判断的准确性；

3、石墨烯层为二维多孔结构，巨大的表面积使它对周围的环境非常敏感。即使是一个气体分子吸附或释放都可以检测到。

附图说明

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明：

图1为本实用新型的结构示意图：

图中：电极1，石墨烯层2，绝缘层3，基底4，微电流表5。

具体实施方式

如图1所示，一种用于gis特征气体检测的石墨烯基传感器，包括电极1、石墨烯层2、绝缘层3和基底4，所述石墨烯层2覆在印有电极1的所述绝缘层3表面，所述绝缘层3覆在基底4表面。

所述石墨烯层2采用化学气相沉积法生长的氧化石墨烯，并利用氢氧化钠与一氯乙酸溶液将上述石墨烯表面的羟基与环氧基转化为羧基，用聚甲基丙烯酸甲酯作为支撑层湿法将所述单层石墨烯移动并覆盖在所述绝缘层3表面。

所述电极1位于绝缘层3的两端，并与石墨烯层2接触形成回路。

所述石墨烯层2为二维多孔结构，孔尺寸为2-8nm，比表面积为300-450m²/g。巨大的表面积使它对周围的环境非常敏感。即使是一个气体分子吸附或释放都可以检测到。当一个气体分子被吸附于石墨烯表面时，吸附位置会发生电阻的局域变化，石墨烯具有高电导率和低噪声的优良品质，能够侦测这微小的电阻变化。

所述绝缘层3为二氧化硅绝缘层。

所述电极1的材质为au、ag、pt、ti、cu、cr、fe、co、ni、ge中的一种或其组合。

所述基底4为硅基底、陶瓷基底或其他绝缘基底。

所述基底4尺寸和形状与绝缘层3尺寸和形状相同。

所述石墨烯层2的羧基官能团用于吸附gis特征气体。

石墨烯气体传感器工作原理：石墨烯吸附目标气体后其电导率发生变化，通过确定电导率变化及目标表气体浓度间的变化关系，就可以通过测量石墨烯的电导率变化而测得目标气体的浓度。

石墨烯作为p型半导体，其导电性会受到吸附上来的气体分子的影响，即如果附着在石墨烯表面的气体分子具有诱导拉电效应时，其表面空穴增多而表现出导电性的上升。如果表面气体分子具有共轭给电子效应，其表面空穴会减少而出现导电性下降。

本实用新型的石墨烯基传感器表面的羧基官能团吸附气体分子后，两者间会发生电子的转移；电子的转移使得石墨烯的局部电荷载流子密度的变化并引起石墨烯电导率改变；电参数的改变会引起微电流表示数发生变化，进而检测出待测气体；所述电参数变化大小引起微电流表示数变化，根据示数变化大小判断对应气体类型。

实施例：

将本实用新型提供的气体传感器的两电极之间串联微型电流表（5）和电源，测得气体传感器在单纯背景气体环境下的基准电阻r0，再将气体传感器置于gis设备中，测得待测gis设备气体环境中的响应电阻r，得到气体传感器的灵敏度s，灵敏度s的值等于响应电阻r与基准电阻r0差的绝对值与基准电阻r0的比值。能用于对h2、硫化氢、氨气等气体的检测。

以上所述仅为本实用新型专利的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本说明书内容所作的等效结构，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。