基于第一性原理的复合MoS2(001)表面对C2H2气体气敏性能研究*

C2 H2作为油浸式电力设备运行过程的主要故障特征气体之一,实现其高效检测有利于对设备运行状态进行准确评估.目前气敏材料是油中溶解气体检测研究的重点,为此利用第一性原理仿真对不同MoS2基复合材料的气敏机理进行分析,筛选出气敏性能好的组合形式.构建Sn原子和Zn原子复合后的单层MoS2(001)面超晶胞模型,计算复合后的形成能、复合原子电荷转移量和单层MoS2晶体态密度.针对两个复合模型及纯MoS2(001)面晶体建立C2 H2气体的吸附模型,计算吸附能、气体电荷转移量、差分电荷密度和吸附后气体的态密度.结果表明C2 H2气体分子在Zn原子复合模型上的转移电子量最多,吸附能最大.研究成果对高效C2 H2气体传感器的制备具有重要意义.     

基于第一性原理的SnO2(101)表面对SF6分解气体气敏性能研究

通过检测SF_6典型分解气体可以诊断出SF_6气体绝缘设备早期绝缘故障。二氧化锡(SnO_2)是应用广泛的气敏材料,文中采用第一性原理计算并分析了SF_6分解气体在SnO_2(101)表面的吸附情况,研究SnO_2(101)表面对SF_6分解气体的气敏性能。通过理论计算,获得了H_2S、SF_6、SO_2、SOF_2和SO_2F_2气体分子在SnO_2(101)表面吸附的吸附能、吸附构型、电荷转移、差分电荷密度、态密度、势能图与功函数等表征吸附特性的参量。分析计算结果发现,SnO_2(101)对H_2S和SO_2有很好的选择性和敏感性,有望成为检测SF_6分解气体的传感器材料。     

纳米掺杂SnO2的计算研究

采用Castap软件计算了Co以不同比例掺杂SnO2的电子结构,分析了掺杂及掺杂比例对改善SnO2导电性的作用,建立了纯SnO2计算模型。计算结果表明:纯SnO2是一种包含离子键的共价键直接禁带半导体;通过掺杂能够在一定程度上改变成键性质,使其具有金属键性质,从而提高SnO2导电性。其中,掺杂比率为5的价带到中间能级宽度最小,掺杂原子与其邻近原子的电荷重叠区更明显,系统电子共有化程度最高,费米能级处对电子态密度的贡献也最大,因此掺杂比率为5的导电性最好。     

钒掺杂对Li4Ti5O12性能的影响

采用固相反应法合成了锂离子电池负极材料Li4-xVxTi5O12(x=0,0.1,0.2),研究了钒掺杂对其晶格结构、相组成和颗粒形貌以及电化学性能的影响。结果表明:钒的掺杂增大了Li4-xVxTi5O12的晶胞参数,降低了晶格的规整度,增大了合成Li4-xVxTi5O12的颗粒度;同时随着钒掺杂量的增加,Li4-xVxTi5O12在高倍率下的循环稳定性增加,电极极化程度变小。Li4Ti5O12在3.0C下的比容量衰减迅速,但Li4-xVxTi5O12(x=0.1,0.2)在3.0C下仍保持很好的循环稳定性。钒的掺杂降低了Li4Ti5O12的比容量,这与钒在晶格中的存在形式以及掺杂试样较大的颗粒度有直接关系。     

高气压下O2对C4F7N/N2混合气体绝缘性能和分解特性的影响

由于SF6的大量使用对环境产生的影响巨大,因此替代气体的研究受到了广泛关注.C4F7N混合气体具有优良的绝缘性能和环保特性,有望替代SF6作为绝缘介质应用于气体绝缘设备中.为了减少放电过程中产生的有害固体副产物,需要在C4F7N/N2混合气体中加入一定体积分数的O2.文中探究了C4F7N/N2/O2混合气体应用于高气压...     

O2对C6F12O/CO2混合气体绝缘性能和分解特性的影响

由于C6F12O具有优良的绝缘性能和环保特性,受到国内外SF6替代气体领域内学者们的广泛关注.为探索C6F12O混合气体应用的最优方案,研究O2对C6F12O/CO2混合气体绝缘性能和分解特性的影响.搭建气体工频击穿试验平台对不同O2混合比、不同气压的C6F12O/CO2混合气体进行工频击穿试验研究,使用气相色谱质谱联...     

基于FTIR的C4F7N/CO2分解产物检测

对C4F7N/CO2分解特性展开研究可为C4F7N/CO2型电力设备的故障诊断提供重要技术参考.为模拟C4F7N/CO2型电力设备早期局部过热故障搭建了过热实验平台,利用FTIR技术搭建了红外检测平台.为提高红外定性分析C4F7N/CO2热分解产物的效率与准确率,采用傅里叶变换红外光谱仪与气相色谱—质谱仪对过热实验前后...     

锇掺杂单层SnS2对SOF2和SO2F2吸附特性

基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算,研究了SOF₂和SO₂F₂两种SF₆分解气体在SnS₂及Os_n(n=1～2)掺杂改性的SnS₂材料表面的气敏响应。从吸附能、能带结构、态密度、前线轨道等方面,对比分析三种材料分别对SOF₂及SO₂F₂的气敏响应机理。研究发现,本征SnS₂对SOF₂及SO₂F₂的气敏响应特性不佳,但在Os掺杂后,掺杂处成为材料表面的活性位点,有效地提高了两种气体在SnS₂表面的气敏响应特性：Os_n-SnS₂(n=1～2)对SOF₂表现出良好的吸附效果,其中Os₂-SnS₂对SO₂F₂也...     

铬元素掺杂对Li4Ti5O（12）电化学性能的影响

介绍了采用高温固相法合成掺铬Li4Ti5O12作为锂离子电池负极材料,并对材料进行了X射线衍射分析、SEM、电化学阻抗测试、循环伏安测试及恒电流充放电测试。铬的掺杂并未改变材料的晶体结构,但降低了材料的规整度。实验结果表明：铬的掺杂在一定程度上改善了锂钛氧化合物的电化学性能,降低了电极极化,在电极表面未形成钝化膜。其中以掺杂比为Cr∶Ti=1∶10（原子比）的材料性能最好,首次放电比容量可达到175mAh/g,经过50次循环后,放电容量仍保持在166.5mAh/g。     

掺杂Th对LiMn2O4结构和性能的影响

采用溶胶凝胶法合成了具有尖晶石结构的可用作锂离子蓄电池正极材料的LiMn2O4化合物,并对其进行了掺杂Th元素的修饰.对材料进行了X射线衍射、扫描电镜、红外光谱、交流阻抗、充放电等测试.实验结果表明掺入Th元素所合成的材料具有标准的尖晶石结构,规则的结晶形貌,材料颗粒分布主要在1～2 μm之间;在不同的充放电速率下,所合成的Th掺杂改性材料具有较高的放电比容量,并表现出良好的电化学可逆性及较好的大电流放电性能.在0.2 C及1 C放电速率下,首次放电比容量分别是119.9 mAh/g和118.3 mAh/g,循环20次后,容量保持率分别在98%和97%以上.     

Al掺杂对Fe_2Si电子结构和磁学特性的影响

采用第一性原理的贋势平面波方法,计算了无掺杂和Al掺杂Fe_2Si体系的电子结构和磁学特性,并分析了Al掺杂对Fe_2Si体系电磁特性的影响。计算结果表明,未掺杂和Al掺杂Fe_2Si体系为半金属铁磁体,自旋向上的能带结构穿过费米面表现为金属特性,未掺杂Fe_2Si体系自旋向下的能带表现为间接带隙半导体特性,带隙值为0.464 eV;Al掺杂Fe_2Si体系自旋向下的能带表现为Z间的直接带隙半导体特性,带隙值为0.541 eV。Al掺杂使各原子磁矩和Fe_2Si体系的总磁矩均减小,体系的带隙值增加,相应的半金属隙也增加,并且使得体系自旋向下部分由间接带隙变为直接带隙半导体。Fe_2Si体系的半金属性和磁性主要来源于Fe-3d电子之间的d-d交换,Si-3p电子与Fe-3d电子之间的p-d杂化。综上所述,掺杂是调控半金属铁磁体Fe_2Si电磁特性的有效手段。     

Ni-Se共掺杂下对AgSnO_(2)触头材料电性能的影响研究

AgSnO_(2)触头材料是一种环保型低压触头材料,具备良好的耐电弧以及抗熔焊能力,所以目前已经逐渐代替银氧化镉材料。采用金属元素与非金属元素共掺杂的方式对SnO_(2)的导电性能进行改良。运用CASTEP软件对元素掺杂前后的各项性能进行了仿真试验。结果表明:当以Se元素单掺杂时,晶胞体积有小幅度增加;以Ni元素单掺杂时,晶胞体积小幅度缩减;而以Ni-Se两种元素共掺杂时,晶胞体积虽然略微增加但是整体介于Se元素和Ni元素单掺杂时的晶胞体积之间。与未掺杂元素时的SnO_(2)不同,元素掺杂后晶胞禁带宽度明显变小,其中Ni-Se两种元素共掺杂时的禁带宽度最小,表明电子可以更加容易跃迁,AgSnO_(2)的导电性也最好;共掺杂时费米能级附近的峰值与局域性下降,原子间的成键结合力更强,AgSnO_(2)材料也更加稳定。     

掺杂元素对LiMn2O4结构和性能的影响

用价廉的氧化物取代锂离子电池正极活性物锂钴氧化物 ,是锂离子电池进一步发展及扩大其应用领域的重要保证。锂锰氧化物是最有希望的正极活性物质。但锂锰氧化物的不稳定性制约着它的应用。如何获取结构稳定的锂锰氧化物成为当今锂离子电池研究的热门课题。用掺杂方法被认为是稳定锂锰氧化物结构的有效方法 ,本文综述了近期掺杂锂锰氧化物的合成及性能的研究状况     

基于第一性原理的新型环保绝缘介质CF3SO2F相容性评估

利用基于第一性原理的计算模拟从微观角度研究了新型环保绝缘介质CF₃SO₂F与常见电工设备表面的气固相容特性。首先，应用前线分子轨道理论分析确定了CF₃SO₂F分子易与设备表面发生相互作用的潜在位点；然后，通过计算模拟分析了CF₃SO₂F气体介质与5种典型电工设备固体表面的作用强度和电荷转移，同时研究了SF₆气体作为对照；再后，深入分析了CF₃SO₂F与SF₆气体相似相容性质的来源；最后，通过分子动力学模拟研究了CF₃SO₂F与典型固体表面的动态相容性。结果表明，由于相似的活泼原子电子结构，CF₃SO₂F具有与SF₆相近的高稳定性与优秀气固相容性，尤其对于接触表面为铜、氧化铜、氧化铝和环氧树脂的电工设备中，但CF₃SO₂...     

C5F10O分解气体在Cu修饰NiS2表面的吸附机理研究

文中利用第一性原理研究了Cu修饰单层NiS_(2)(Cu-NiS_(2))对5种C_(5)F_(10)O分解组分的吸附和传感性能,以探索其在C_(5)F_(10)O绝缘装置运行状态评估领域的应用潜力。通过对各吸附体系的吸附参数研究发现:Cu-NiS_(2)对C_(2)F_(6)O_(3)分子表现为化学吸附,吸附能为-1.05 eV,而对C_(3)F_(6)、CF_(2)O、C_(2)F_(6)和CF_(4)分子表现为物理吸附。通过对各吸附体系的电子性能以及气敏恢复特性分析发现:Cu-NiS_(2)对C_(3)F_(6)或CF_(2)O气体的传感性能较好,且在室温下恢复性能较佳,因此具备开发为C_(3)F_(6)或CF_(2)O气体传感器的巨大潜力;相反的,由于Cu-NiS_(2)对C_(2)F_(6)和CF_(4)的传感性能较差,因此无法实现这两种气体的高灵敏检测。此外,尽管Cu-NiS_(2)对C_(2)F_(6)O_(3)的传感性能极佳,但其较长的恢复特性决定了只能实现对该气体的单次检测,无法实现长期稳定使用。依据仿真研究结果提出了一种用于电力系统故障诊断的新型气敏传感材料,即Cu-NiS_(2),该传感材料对于评估C_(5)F_(10)O绝缘装置的运行状态具有重要意义。     

反尖晶石离子掺杂对LiMn2O4结构性能的影响

阐述了锂离子电池锰酸锂正极材料掺杂的重要性,研究了反尖晶石离子掺杂(Fe3 、Ga3 、Al3 )对锰酸锂正极材料结构和电化学性能的影响,并提出了影响锂离子电池充放电循环性能的机理。展望了反尖晶石离子掺杂在锂离子电池锰酸锂正极材料中的发展前景。     

铌、钒掺杂对正极材料LiFePO_4/C电化学性能的影响

以FeC_2O_4·2 H_2O、NH_4H_2PO_4为原料,聚乙二醇为有机碳源,通过V~(5+)和Nb~(5+)掺杂高温固相法制备Li_(1-y)Nb_yFe_(1-x)V_xPO_4/C(x=0,y=0;x=0.03,y=0;x=0,y=0.03;x=0.03,y=0.03)正极材料。采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对材料的结构和形貌进行表征。结果表明:V~(5+)和Nb~(5+)均匀地掺入了LiFePO_4晶格中,材料的晶体结构及形貌没有发生改变,仍为橄榄石型结构。在充放电电压为2.4~4.2 V时对所合成的样品进行电化学性能测试,其中Li_(0.97)Nb_(0.03)Fe_(0.97)V_(0.03)PO_4/C正极材料在不同倍率下具有最佳充放电比容量,在0.1 C、0.2 C、0.5 C和1 C下的首次放电比容量分别为162.3、160.8、160.1和155.3 m Ah/g,经过100次循环后,1 C下的容量保持率为93.72%,具有良好的倍率性能和循环性能。     

改性石墨烯基传感器对SF6分解组分H2S的吸附机理及检测特性研究

作为SF₆的重要分解组分，H₂S能够有效反映SF₆气体绝缘电气设备内部绝缘故障类型及程度。该文以H₂S为目标检测气体，探究了改性石墨烯基传感器对H₂S的吸附机理及检测特性。基于第一性原理建立了环氧基化石墨烯(G-O)、钯掺杂石墨烯(Pd-G)和环氧基与钯共掺杂石墨烯(Pd-G-O)改性模型和H₂S吸附模型，从吸附能、态密度、轨道、脱吸附时间等多方面计算分析了G-O、Pd-G、Pd-G-O的改性机理与吸附机理，结果表明Pd-G-O对H₂S表现出优异的吸附性能，吸附能达到-1.015 eV，为较强的化学吸附，且对应着强烈的电荷转移值0.281 e；制备了G-O、Pd-G、Pd-G-O传感材料及器件，基于微量气敏测试平台测试了改性石墨烯基传感器检测H₂S的温度、体积分数、响应恢复及稳定特性，其中Pd-G-O传感器对H₂S表现出低工作温度(175℃)及快速响应优势。该文的仿真计算与气敏测试分析为研制...