一种光电化学型芯片电网电晕监测系统及其制备方法技术方案

本发明专利技术涉及一种电网电晕监测系统，具体是指一种基于光电化学型芯片的电网电晕监测系统及其制作方法。本发明专利技术先通过水热法在FTO导电玻璃衬底上沉积一层Ga2O3纳米柱，其中，FTO作为电极，之后将材料放置在石英电解槽中，制作一个基于Ga2O3纳米柱的光电化学结构的紫外光电探测芯片。本发明专利技术的优点是：所制备的氧化镓基电化学光电芯片性能稳定，对电网电晕深紫外波段(220nm

A photoelectric chemical chip power grid corona monitoring system and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种光电化学型芯片电网电晕监测系统及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电网电晕监测系统，具体是指一种光电化学型芯片的电网电晕监测系统及其制作方法。

技术介绍

[0002]电晕，指带电体表面在气体或液体介质中发生局部放电的现象，常发生在高压导线的周围和带电体的尖端附近，能产生臭氧、氧化氮等物质。在110kV以上的变电所和线路上，时常出现与日晕相似的光层，发出“嗤嗤”“陛哩”的声音。电晕能消耗电能，并干扰无线电波。电晕是极不均匀电场中所特有的电子崩——流注形式的稳定放电。长期以来，电晕被默认是“永不消失的”，电晕真的永不消失吗？电晕的产生是因为不平滑的导体产生极不均匀电场，在不均匀的电场周围曲率半径小的电极附近当电压升高到一定值时，由于空气游离就会发生放电，形成电晕。因为在电晕的外围电场很弱，不发生碰撞游离，电晕外围带电粒子基本都是电离子，这些离子便形成了电晕放电电流。
[0003]电晕的监测通常有人工目视检查、远红外望远镜、超声波电晕检测和日盲紫外检测技术等，由于太阳光中含有很强的红外线，用红外线望远镜观察误检率较高，而超声波电晕检测装置探测距离较近，在使用中的人为影响因素较多，检测误差较大。日盲紫外检测技术是近几年来新兴的一种电弧检测方式，可以检测电弧放电发出的200
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280nm波段深紫外光谱，而不受太阳光中300～360nm波段的紫外线干扰，检测精度高。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术采用氧化镓基光电化学型芯片电网电晕监测系统，将所需监测的电网电晕、电晕发出的紫外线强度、发光频率等信息远程发送到电网监控端，实现远程监管，该电网电晕监测系统具有灵敏度高、稳定性好。。
[0005]为达到上述技术目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种光电化学型芯片电网电晕监测系统，包括氧化镓(Ga2O3)纳米柱光电芯片、单面镀有掺氟氧化锡导电层的导电电极(FTO导电电极)、饱和甘汞电极、铂片电极、电解液和石英电解槽，所述Ga2O3纳米柱置于所述FTO导电电极上，所述铂片电极位于所述石英电解槽侧壁，所述FTO导电电极与所述铂片电极位于所述饱和甘汞电极的两侧并依次排列。
[0007]进一步地，所述Ga2O3纳米柱的高度为1.8
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2.1μm。
[0008]进一步地，所述Ga2O3纳米柱的面积为FTO导电电极表面积的75％。
[0009]一种如上述所述光电化学型芯片电网电晕监测系统的制备方法，其制备步骤为：
[0010](1)氧化镓基光电化学型芯片的制备：
[0011]a、将无水硝酸镓粉末配制成质量分数为10％的Ga(NO3)3，再将其进行磁力搅拌充分溶解后得到Ga(NO3)3前驱体；
[0012]b、将FTO导电电极进行表面清洗处理后烘干备用；
[0013]c、将上述所述FTO导电电极倾斜放入水热反应容器中，再将所述Ga(NO3)3前驱体加
水稀释后倒入水热反应容器中至FTO导电电极1/2～3/4的位置，再将水热反应器放入不锈钢反应釜中，置于烘箱中进行水热反应生成GaOOH，得到长有GaOOH纳米柱阵列的FTO导电电极；
[0014]d、将GaOOH纳米柱阵列FTO导电玻璃放入马弗炉中进行退火，得到Ga2O3纳米柱阵列 FTO导电电极；
[0015](2)光电化学型芯片电网电晕监测系统的制备：
[0016]a、通过电化学工作站，搭建电化学型光电器件，采用电化学工作站三电极体系，将 Ga2O3纳米柱阵列FTO导电电极、铂片电极和饱和甘汞电极分别作为工作电极、对电极和参比电极；
[0017]b、采用石英电解槽为测试容器，0.5mol/L的Na2SO4为电解液，调整三个电极之间的位置使Ga2O3纳米柱阵列与铂片对电极平行。
[0018]进一步地，所述质量分数为10％的Ga(NO3)3前驱体溶液中还含有硝酸，所述硝酸的质量分数为25～40％。
[0019]进一步地，所述FTO导电玻璃的表面清洗处理步骤为：
[0020]a.在烧杯中使用丙酮超声清洗5～20分钟，清除FTO表面的有机污物；
[0021]b.使用无水乙醇超声清洗5～20分钟，去除FTO表面残留的污物和丙酮；
[0022]c.最后再用去离子水超声清洗10～30分钟后，取出FTO放入烘箱中烘干备用。
[0023]进一步地，所述水热反应的容器的内衬为特氟龙，Ga(NO3)3前驱体加水稀释倍数为5～20 倍。
[0024]进一步地，所述水热反应的温度为120～160℃，反应时间10～16h；所述退火反应升温速度为5℃/min，退火温度为450～600℃，退火时间3～8h。
[0025]进一步地，所述Ga2O3纳米柱阵列FTO导电电极、铂片电极和饱和甘汞电极之间的距离为 1～5cm，其中Ga2O3纳米柱阵列探测区间为220nm
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280nm波段的深紫外光谱，并且可以零功耗工作。
[0026]本专利技术的有益效果：
[0027]1、本专利技术方法所制备的氧化镓基光电化学型光电芯片具有工艺可控性强，操作简单，且重复测试具有可恢复性等特点，具有很大的应用前景。
[0028]2、本专利技术方法所制作的氧化镓基光电化学型光电芯片性能稳定，反应灵敏，暗电流小，具有日盲特性，可零功耗工作，可以监测220nm
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280nm波段的深紫外光谱。直接智能鉴定紫外线的波长范围，并对某一特定的紫外波长进行强度监测。
[0029]将所需监测的电网电晕、电晕发出的紫外线强度、发光频率等信息远程发送到电网监控端，实现远程监管，可应用于电气电弧报警、高压线电弧、电晕监测等电力设施领域。
附图说明
[0030]图1是本专利技术方法设计的氧化镓基光电化学型光电芯片及探测系统的结构示意图。
[0031]图2是用本专利技术方法设计的氧化镓纳米柱的SEM图谱。
[0032]图3是用本专利技术方法制作的基于氧化镓纳米柱的光电化学型芯片的电网电晕监测系统在 254nm紫外光照下通过不断开关光源测得的I
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V曲线图。
[0033]图4是用本专利技术方法制作的基于光电化学型芯片的电网电晕监测系统在254nm紫外光照下通过不断开关光源测得的开路电压曲线图。
具体实施方式
[0034]以下结合实例进一步说明本专利技术，旨在加深对本专利技术的理解。
[0035]实施例1
[0036]一种基于光电化学型芯片的的电网电晕监测系统的制作方法具有如下步骤：
[0037](1)氧化镓基光电化学型芯片的制备：
[0038]制备Ga2O3纳米柱阵列的水热反应是以Ga元素质量分数10％的Ga(NO3)3溶液作为前驱体。这里我们使用的是无水硝酸镓粉末，配制Ga元素和硝酸质量比例为1：3的Ga(NO3)3溶液。已知无水硝酸镓粉末的相对原子质量为255.7，镓元素的相对原子质量为69.7。以配制100gGa本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光电化学型芯片电网电晕监测系统，其特征在于，所述光电化学型芯片电网电晕监测系统包括氧化镓(Ga2O3)纳米柱光电芯片、单面镀有掺氟氧化锡导电层的导电电极(FTO导电电极)、饱和甘汞电极、铂片电极、电解液和石英电解槽，所述Ga2O3纳米柱置于所述FTO导电电极上，所述铂片电极位于所述石英电解槽侧壁，所述FTO导电电极与所述铂片电极位于所述饱和甘汞电极的两侧并依次排列。2.根据权利要求1所述电网电晕监测系统，其特征在于，所述Ga2O3纳米柱的高度为1.8
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2.1μm。3.根据权利要求2所述电网电晕监测系统，其特征在于，所述Ga2O3纳米柱阵列的面积为FTO导电电极表面积的75％。4.一种如上述所述光电化学型芯片电网电晕监测系统的制备方法，其制备步骤为：(1)氧化镓基光电化学型芯片的制备：a、将无水硝酸镓粉末配制成质量分数为10％的Ga(NO3)3，再将其进行磁力搅拌充分溶解后得到Ga(NO3)3前驱体；b、将FTO导电电极进行表面清洗处理后烘干备用；c、将上述所述FTO导电电极倾斜放入水热反应容器中，再将所述Ga(NO3)3前驱体加水稀释后倒入水热反应容器中至FTO导电电极1/2～3/4的位置，再将水热反应器放入不锈钢反应釜中，置于烘箱中进行水热反应生成GaOOH，得到长有GaOOH纳米柱阵列的FTO导电电极；d、将GaOOH纳米柱阵列FTO导电玻璃放入马弗炉中进行退火，得到Ga2O3纳米柱阵列FTO导电电极；(2)光电化学型芯片电网电晕监测系统的制备：a、通过电化学工作站，搭建电化学型光电器件，采用电化...

【专利技术属性】
技术研发人员：成悅兴，赵天丽，丁晨，邢志文，钱松程，郭道友，王顺利，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：