【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力设备绝缘在线检测领域，具体为一种基于mn-mos2材料的气敏传感器对油中溶解气体进行分析的方法。
技术介绍
1、电力系统中电力设备的稳定运行是电网安全性的重要保障，而变压器作为其重要设备，起着电流、电压、电阻变换以及稳压的作用。在众多变压器类型中，油浸式变压器作为油纸绝缘结构的变压器，具有可靠性强、稳定性好的优点，在电力系统中的应用最为广泛。然而，油浸式变压器在长期运行的过程中，会受到高温、放电和各种应力的影响而对其寿命造成威胁，导致绝缘老化。此外，在这些因素造成老化的同时，变压器油中会分解出h2、c2h2、ch4、co等小分子气体，这些气体具有油溶性，会存在于变压器中而不释放在空气中。因此，设计一种气敏传感器，检验溶解在油中地的小分子气体可以成为变压器在线监测的有效手段。
2、现阶段，关于变压器油纸绝缘结构的研究大多是在实验的基础上，这一宏观角度的分析结果存在耗时耗材、无法从分子层面对老化过程进行分析的问题。而分子模拟技术的出现，弥补了实验方法的缺陷，使这一问题迎刃而解。此外，分子模拟技术避免了实验中人为因素造成的误差，在微观模拟角度对分子迁移特性、吸附特性进行进一步的讨论。
技术实现思路
1、鉴于现有技术的不足，本专利技术目的在于提供一种基于mn-mos2材料的气敏传感器对油中溶解气体进行分析的方法，采用分子模拟技术，分析改进的气敏材料对油浸式变压器分解出的各种小分子气体的吸附作用，从而对油浸式变压器的绝缘状态进行在线诊断；与传统实验方法相比，本专
2、为了实现本专利技术的目的，本专利技术技术方案如下：
3、一种基于mn-mos2材料的气敏传感器对油中溶解气体进行分析的方法，所述方法分为模型搭建、油中溶解性气体吸附、传感行为预测三个部分；
4、sa模型搭建包括：
5、sa1：用分子模拟软件建立晶胞模型以及用于优化和计算晶胞的模型；
6、sa2：建立co、ch4、c2h2三种气体的吸附模型并对其结构进行优化，得到模型，sa3：对mn-mos2单层结构进行分析计算，得到其中最稳定的掺杂点；
7、sa4：计算比较掺杂前后mn-mos2单层的态密度，验证所建立的晶胞模型的稳定性；
8、sb溶解性小分子气体吸附：
9、sb1：将优化后的co、ch4、c2h2三种气体放在mn-mos2表面，并对这一模型进行优化，得到能量最低的模型；
10、sb2：对优化后的co、ch4、c2h2三种气体的总态密度和局部态密度图进行分析，并比较气体分子吸附前后的态密度图，结果表明co和c2h2气体会和mn-mos2之间出现较强的化学反应，mn原子轨道与c原子轨道在态密度图上发生多次重叠现象，吸附后的气体分子态密度图大幅降低；而ch4气体与mn-mos2之间的总态密度图变化一致，mn原子轨道与c原子轨道之间的杂化作用较弱。
11、sc传感行为预测：利用不同温度下mn-mos2解除吸附co、ch4、c2h2三种气体的时间，预测不同气体在mn-mos2上的回收性能，结果表明随着温度的升高，ch4气体分子以微秒级的时间内解吸，c2h2的恢复时间大约为3.5分钟，co的恢复时间高达387.4h，由此可判断mn-mos2油浸式变压器对小分子气体运用场合，从而实现对油浸式变压器的绝缘状态进行在线诊断。
12、优选地，基于密度泛函的第一性原理对模型中的所有结构进行优化，采用material studio软件的dmol3模块建立所有模型并进行优化和计算。
13、优选地，所述步骤sa模型搭建中：气体的吸附能量ead与mn-mos2单层晶胞能量和吸附气体后的能量吸附单个气体分子能量egas的关系如下：
14、
15、co、ch4、c2h2三种油溶性气体与mn-mos2晶面之间会存在导电性能，吸附前后电荷量会发生变化，为了表示这一变化，采用马利肯布居数来计算这一吸附体系的电荷转移量qt：
16、qt＝q1-q2(2)；
17、式中，q2、q1分别代表吸附前后气体分子的电荷量；qt的正负代表电子转移的方向，若qt为正则电子由气体分子表面转移到吸附体系表面，若qt为负则电子转移方向相反；采用形变电荷密度(deformation charge density，dcd)进一步表示吸附体系表面的电荷变化，这一变化由δρ来表示：
18、
19、其中，分别表示吸附体系吸附前后的电荷密度，ρgas表示气体的电荷密度。
20、优选地，所述步骤sa模型搭建中：对mn-mos2单层晶胞的优化分情况考虑，根据mn掺杂到本征mos2单层上的位点，分为th(mos2六边形环中心上方)、tmo(mo原子的顶部)、ts(s原子的顶部)三种位点，各个位点的mn原子的结合能ed与各个体系的关系如下：
21、
22、其中，表示mn-mos2体系的能量，emn表示mn原子的能量，表示mos2单层晶胞的能量；计算各个位点的结合能并进行比较，选取结合能最低的位点，并基于这一位点的模型进行接下来模型的计算。
23、优选地，所述步骤sa模型搭建中：对co、ch4、c2h2三种气体放置在mn-mos2表面的结构进行优化，不断调整气体放置的位置，得到co、ch4、c2h2三种气体的吸附参数，分别选取其中能量最低的吸附模型。
24、本专利技术有益效果在于：
25、1、本专利技术从分子角度出发，利用密度泛函的第一性原理，建立mn-mos2材料作为气敏传感器的吸附模型，通过分析吸附能、电荷转移量、态密度等参数，研究对变压器中气体co、ch4、c2h2的检测，实现mn掺杂mos2吸附油溶性气体实现对变压器进行故障在线检测的能力。
26、2、本专利技术采用的分子模拟技术与传统实验相比，具有损耗小、计算效率高、容错率高等优势，从原子分子层面对mn掺杂mos2的吸附能力进行分析，对mn-mos2材料在作为气敏传感器上的潜力提供微观理论上的参考。
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1.一种基于Mn-MoS2材料的气敏传感器对油中溶解气体进行分析的方法，其特征在于，所述方法分为模型搭建、油中溶解性气体吸附、传感行为预测三个部分；
2.根据权利要求1所述基于Mn-MoS2材料的气敏传感器对油中溶解气体进行分析的方法，其特征在于，基于密度泛函的第一性原理对模型中的所有结构进行优化，采用MaterialStudio软件的Dmol3模块建立所有模型并进行优化和计算。
3.根据权利要求1所述基于Mn-MoS2材料的气敏传感器对油中溶解气体进行分析的方法，其特征在于，所述步骤SA模型搭建中：
4.根据权利要求1所述基于Mn-MoS2材料的气敏传感器对油中溶解气体进行分析的方法，其特征在于，所述步骤SA模型搭建中：
5.根据权利要求1所述基于Mn-MoS2材料的气敏传感器对油中溶解气体进行分析的方法，其特征在于，所述步骤SA模型搭建中：
【技术特征摘要】
1.一种基于mn-mos2材料的气敏传感器对油中溶解气体进行分析的方法，其特征在于，所述方法分为模型搭建、油中溶解性气体吸附、传感行为预测三个部分；
2.根据权利要求1所述基于mn-mos2材料的气敏传感器对油中溶解气体进行分析的方法，其特征在于，基于密度泛函的第一性原理对模型中的所有结构进行优化，采用materialstudio软件的dmol3模块建立所有模型并进行优化和计算。
...【专利技术属性】
技术研发人员：王佳敏，李亚莎，尚智宇，李一鸣，李恒博，苏展，刘清东，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：
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