油浸式電力變壓器油中溶解氣體的檢測對于變壓器早期故障診斷和保障電力系統(tǒng)**穩(wěn)定至關重要。乙炔是主要的故障特征氣體之一，為實現(xiàn)其含量的檢測并為變壓器絕緣故障類型和嚴重程度提供決策依據(jù)，采用水熱法結合層層自組裝技術制備了納米銀及氧化錫修飾石墨烯(Ag@SnO2/rGO)薄膜傳感器，并通過掃描電子顯微鏡（SEM）和X 射線衍射儀（XRD）對薄膜結構進行了表征，開展了乙炔氣體的敏感特性實驗。研究結果表明：納米銀及氧化錫修飾石墨烯薄膜傳感器在較低的工作溫度下對乙炔氣體具有較好的靈敏度，且該傳感器具有良好的響應–恢復特性、重復穩(wěn)定性、選擇性和低檢測限。該研究可為變壓器故障氣體快速檢測及故障診斷提供重要指導。

乙炔是區(qū)分油浸變壓器過熱性和放電性故障的標志性氣體，其含量對判斷電力變壓器內(nèi)絕緣故障類型和嚴重程度具有重要意義[1-2]。變壓器油中溶解的乙炔氣體體積分數(shù)及氣體產(chǎn)生速率與油浸變壓器故障類型具有很強的關聯(lián)性，因此可以根據(jù)油中分離出的乙炔氣體狀態(tài)變化(包括氣體體積分數(shù)、氣體產(chǎn)生速率等)來實時監(jiān)測變壓器的絕緣狀況或診斷其潛伏性故障類型[當前，對變壓器故障氣體進行在線檢測的方法主要包括氣相色譜法[6]、紅外光譜吸收法[7]、聲光譜法[8-9]和氣敏傳感器法等[10]。其中納米金屬氧化物半導體(MOS)氣敏傳感器因其制備工藝簡單、成本低、易集成等優(yōu)勢而得到了廣泛應用。李艷瓊等通過水熱法合成了多種單維度納米二氧化錫材料，并結合旁熱式氣敏傳感基底，研究了多種傳感器元件對乙炔氣體的氣敏響應特性。研究結果表明，不同形貌的二氧化錫氣敏傳感器對乙炔氣體表現(xiàn)出了不同的敏感特性，其中花狀納米二氧化錫在360 ℃溫度條件下對乙炔表現(xiàn)出*佳的氣敏特性，對體積分數(shù)為10?4 的乙炔氣體靈敏度為38%，響應–恢復時間也較快[10]。但由于存在交叉敏感、傳感器漂移、加熱功耗大等諸多問題，所以單純的MOS 氣敏傳感器在多組分氣體檢測應用領域具有很大的局限性。隨著新型碳基納米材料的發(fā)現(xiàn)及制備工藝的逐漸成熟，微型化、高性能、低成本氣敏傳感元件的制備成為可能，也為變壓器故障特征氣體的檢測研究提供了一種新方法。張曉星教授研制了用于檢測SF6 局部放電的多壁碳納米管薄膜傳感器，實驗結果表明該傳感器對SF6 氣體分解組分吸附能力強，表現(xiàn)出良好的靈敏度和快速響應特性[11]。Schedin F 等將石墨烯應用于氣體分子檢測中，證實了石墨烯的電荷載體密度會隨著表面氣體分子的吸附或脫附而發(fā)生改變，從而掀開了石墨烯及其衍生物氣敏傳感器的研究序幕[12]。目前，已有很多文獻報道了石墨烯及其衍生物(氧化石墨烯GO、還原氧化石墨烯rGO)在氣體檢測方面的應用。。張敏等采用硼氫化鈉在常溫下利用一步還原氧化石墨烯的方法制備了以石墨烯/Pd 為敏感薄膜的甲醛傳感器[13]；Ali E 等采用水熱法制備了以Pd–WO3 與部分還原氧化石墨烯(PrGO)為敏感薄膜的H2 傳感器[14]；BaiS L 等通過原位一步微波水熱法成功制備出氧化鉬/還原氧化石墨烯(MoO3/rGO)復合材料，實驗證明在110 ℃溫度下MoO3/rGO（質(zhì)量分數(shù)為5%）敏感薄膜對H2S 具有優(yōu)異的敏感性能[15]；Gu F B 等成功制備了In2O3–rGO 納米復合材料并制作傳感器，并驗證了該傳感器對二氧化氮氣體具有良好的氣敏性能[16]；Uddin A S M I 等成功制備了表面覆蓋納米銀的ZnO–rGO 薄膜傳感器，并將其用于乙炔氣體的檢測研究中[二氧化錫（SnO2）是一種重要的氧化物半導體材料，作為良好的氣敏材料被廣泛用于氣體檢測領域，但其電化學性能依賴于較高的工作溫度[18]。而金屬銀具有很好的氣敏催化作用，可提升氣體檢測性能[19]。為實現(xiàn)變壓器油中溶解氣體乙炔含量的高性能檢測，本文采用水熱法結合層層自組裝技術在叉指電極器件上制備了一種納米銀及氧化錫修飾石墨烯（Ag@SnO2/rGO）薄膜傳感器，然后采用掃描電子顯微鏡和X–射線衍射儀對薄膜結構進行表征，并通過實驗研究了該傳感器對乙炔氣體的敏感特性。

1 實驗

1.1 材料制備

實驗中所用的氧化石墨烯(GO)采用Hummers法制備，含有多種含氧官能團(羧基、羥基、環(huán)氧基等)，微片直徑范圍為2~5 μm，厚度范圍為0.55~1.2nm。納米氧化錫則是采用水熱法，以質(zhì)量為24 mg的SnCl4·5H2O 為前驅(qū)物，在120 ℃的恒溫恒壓條件下加熱12 h 時間制備而成的[20]。實驗過程中所用到的聚陽離子溶液為聚二烯丙基二甲基氯化銨溶液(PDDA)，聚陰離子溶液為聚4–苯乙烯磺酸溶液(PSS)。

1.2 氣敏傳感器制作

氣敏傳感器結構如圖1 所示，在襯底上采用濺射、光刻及蝕刻等工藝制備有叉指回形Cu/Ni 金屬電極。電極線寬和間隙寬度均為200 μm，厚度為20 μm。氣敏傳感器敏感薄膜采用層層自組裝工藝進行制備而成。在叉指電極上進行前導層(PDDA/PSS)2 組裝之后，采用納米金屬氧化物代替聚陽離子，GO 代替聚陰離子依次進行靜電誘導自組裝。具體過程如下：首先將叉指器件浸入到PDDA水溶液中10 min 時間，再用去離子水輕輕洗滌并用氮氣吹干，隨后再將叉指器件放入PSS 溶液中10min 時間，取出后同樣進行去離子水洗滌與干燥處理。重復進行1 次該過程，即得到自組裝完成的(PDDA/PSS)2 前導層。前導層組裝完畢后，將叉指器件依次浸入納米二氧化錫溶液及氧化石墨烯水溶液中各15 min 時間進行自組裝，循環(huán)5 次，然后用去離子水洗滌并在氮氣中干燥處理得到薄膜傳感器。為了增強氣敏傳感器的靈敏度，實驗中在自組裝薄膜表面采用浸漬法沉積了1 層活性納米銀粒子，得到Ag@SnO2/rGO 薄膜傳感器。然后將該傳感器置于加熱箱中在200 ℃的高溫環(huán)境下加熱4 h時間對GO 熱還原，即可完成Ag@SnO2/rGO 薄膜傳感器的制備。

結論

1）采用水熱法結合層層自組裝技術在叉指電極襯底上制備了Ag@SnO2/rGO 薄膜傳感器，并采用SEM 和XRD 等技術對薄膜結構進行了表征，表征結果證實了該薄膜材料的成功制備。2）開展了乙炔氣體的敏感特性實驗，實驗表明該傳感器在90 ℃溫度下對乙炔氣體的氣敏性能*佳，而且展示了良好的響應–恢復特性、重復穩(wěn)定性及選擇性。3）Ag@SnO2/rGO 薄膜傳感器具有優(yōu)異的乙炔