基于SF₆气体绝缘的电气设备在电力系统的输变电环节具有很大的应用潜力,它比传统变电站中电气设备的占地面积更小,并且不易受外部天气影响,配置灵活,有很高的安全可靠性。局部放电现象是气体绝缘电气设备内部的绝缘材料出现劣化、性能下降的特征标志。通过监测并处理气体绝缘设备局部放电的关键信息,对于发现高压电气设备内部的早期绝缘缺陷、加强设备的重点监控、提前预警,具有十分重要的意义。在放电能量作用下,SF₆出现化学断键,在气体绝缘开关内部微量水、微量氧以及固体绝缘材料存在时,产生SO₂、SOF₂、SO₂F₂等多种关键特征气体。通过对这些化学组分实时监测,能够获取设备内部的局部放电信息,及时预警,提高系统安全性。本文研究依托国家自然科学基金项目,展开了表面修饰的高效、新型二氧化钛纳米管气敏传感器的实验及仿真研究。本文通过贵金属沉积和非金属掺杂两种改性方案对二氧化钛纳米管实施改性,并通过实验及仿真结果的对比,探讨两种表面改性方式下二氧化钛材料的敏感响应特性的微观机理。金沉积二氧化钛敏感材料的响应特性及理论分析。实验方面,利用沉淀沉积法将金颗粒沉积在整齐排布的二氧化钛敏感材料上,继而通过本课题组的气敏测试平台完成了金沉积二氧化钛敏感材料对SO₂、SOF₂、SO₂F₂的敏感程度测试;结果显示,金沉积改变了二氧化钛敏感材料吸附这些特征产物的敏感性能,吸附SO₂气体时的响应程度降低,吸附SO₂F₂的响应程度有了较大地增加,吸附SOF₂的响应程度基本不变。仿真方面,通过Materials Studio软件构建了金沉积锐钛矿型二氧化钛的（101）晶面模型,仿真了三种气体分子靠近该晶面并达到稳定状态的微观过程,通过能带结构变化、电荷转移、态密度等关键吸附参数研究了金沉积对二氧化钛敏感材料的改性效果,从微观角度解释了金沉积二氧化钛敏感材料的响应性能和相应机理。氮掺杂二氧化钛敏感材料的响应特性及理论分析。实验方面,搭建了基于等离子体技术的二氧化钛敏感材料的改性平台。具体实施中采用的是介质阻挡放电的方式实现非金属的表面掺杂,利用氮等离子体改性二氧化钛敏感材料,SEM、XRD、XPS等方式表明成功获得氮掺杂二氧化钛敏感材料。氮掺杂二氧化钛材料的敏感响应测试显示,氮元素基本没有改变二氧化钛敏感材料对SO₂气体的敏感程度,对SOF₂的敏感性能有较大程度的上升,而对SO₂F₂的敏感性进一步下降。仿真方面,通过建立SO₂、SOF₂、SO₂F₂靠近氮掺杂二氧化钛吸附晶面的微观模型,利用优化的第一性原理仿真方法,对稳定吸附后的特征参数完成详细计算,气敏仿真与实验中的气敏现象相吻合。通过将金沉积、氮掺杂的敏感响应测试和仿真结果与前期未改性的二氧化钛敏感材料的相应实验及其吸附SF₆分解特征产物的仿真结果对比,本文初步确定了未改性、金沉积、氮掺杂的二氧化钛敏感材料各自适于检测的目标气体,为SF₆分解组分的检测研究提供支持,为将来检测SF₆分解产物的传感器阵列的研制和实用奠定实验和理论基础。