【摘 要】
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随着世界经济的不断发展,环境保护对于人类的发展愈发重要。船用柴油机产生船舶尾气给人类的生活环境和身体健康带来很大的危害。为了满足严格的船舶尾气排放限制,减少对大气的污染和伤害,选择性催化还原（SCR）技术在船舶中广泛应用。随着国际海事组织对船舶污染排放的要求越来越高,船用柴油机SCR排放气体的检测是非常具有研究意义的。双金属氧化物两种金属元素之间的耦合效应和协同效应使双金属氧化物具有突出的电学特性
【基金项目】
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移动源污染排放控制技术国家工程实验室开放基金项目（NELMS2017B03）；
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随着世界经济的不断发展,环境保护对于人类的发展愈发重要。船用柴油机产生船舶尾气给人类的生活环境和身体健康带来很大的危害。为了满足严格的船舶尾气排放限制,减少对大气的污染和伤害,选择性催化还原（SCR）技术在船舶中广泛应用。随着国际海事组织对船舶污染排放的要求越来越高,船用柴油机SCR排放气体的检测是非常具有研究意义的。双金属氧化物两种金属元素之间的耦合效应和协同效应使双金属氧化物具有突出的电学特性和气敏特性,但存在低电导率的局限性。石墨烯具有优异的电学特性,本文采用石墨烯修饰双金属氧化物以改善双金属氧化物的气敏特性,提升其电导率并促进气体吸附过程中的电荷转移,增强了双金属氧化物气敏传感器的响应并缩短了响应时间。首先使用水热法、微机电工艺、旋涂技术分别制备了基于锡酸锌/石墨烯薄膜的氨气传感器、基于钨酸铜/石墨烯薄膜的二氧化氮传感器、基于铁酸锌/石墨烯薄膜的二氧化硫传感器。接着通过XRD、SEM、TEM、XPS、TGA等表征手段对薄膜样品的元素组成、粒径尺寸、微观形貌、晶格常数、原子价态等结构和性质进行分析。搭建气敏测试平台,进行了石墨烯基气敏传感器的气敏性能测试,包括传感器的动态响应、响应恢复特性、选择性、重复性、长期稳定性等。然后从电荷转移、p-n异质结的形成、石墨烯与双金属氧化物之间的协同效应等角度对气敏传感器的响应机制和增敏机理进行诠释,为设计船用柴油机SCR排放气体监测系统奠定基础。最后基于ADS1256和STM32,设计了数据采集模块和串口通讯模块等硬件电路,并通过在上位机Lab VIEW进行软件设计实现了船用柴油机SCR排放气体监测系统的可视化。本文针对船用柴油机SCR排放气体的检测构建了高性能石墨烯基气敏传感器,并对其敏感特性和敏感机理做出研究。在此基础上设计了船用柴油机SCR排放气体监测系统,实现了对SCR排放气体的准确识别和定量检测,对环境污染治理、评价船用柴油机SCR设备性能提供了一定的理论与工程参考。
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