安培型电化学传感器工作电压优化及硬件电路的研究

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随着理论和技术的日益成熟,人工智能、物联网等概念正在向各个研究领域延伸,其中,也包括它们在智能传感器技术领域的探索应用。本文基于柔性非酶安培型电化学传感器,对传感器的制备、性能以及硬件电路进行了智能化、完整性探究。首先,针对当前电化学传感器报道中电极最佳工作电压由人为估算选取会造成一定误差的现象,提出了一种基于MATLAB的优化工作电压选取的算法。该算法以最小二乘法为理论依据,通过设定约束条件,从而找出电极的最优工作电压。其次,由于当前金属氧化物纳米材料在电化学传感器报道中有着很高的研究热度,且CuO纳米电极经研究验证具有很高的灵敏度以及良好的电化学稳定特性,于是,本文基于高频感应加热原理提出了一种新的制备CuO纳米材料的工艺方法,并提供了制备CuO柔性纳米电极的完整步骤。在此基础上,利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪等仪器对所制备的CuO纳米修饰电极进行了物理表征。通过表征结果解释了电极性能增强的原因是由于所制备的CuO在微观形态下有许多纳米孔,从而增大了电极的比表面积,促进了电子转移速率。之后,本文通过以CuO修饰电极分别检测葡萄糖、多巴胺两种待检物浓度为例对所提出的算法进行了对比实验验证。例如:在检测葡萄糖浓度实验中,分别计算了人为估算电压条件下以及算法选取电压条件下CuO纳米修饰电极的检测极限。结果显示:在人为估算电压0.39V时,CuO纳米修饰电极对葡萄糖浓度的检测限为1.24μM;在算法选取电压0.49V时,CuO纳米修饰电极对葡萄糖浓度的检测限为0.557μM,约是0.39V电压时检测限值的一半。由此,通过实验数据的对比,验证了所提出算法的有效性、可参考性。最后,详细介绍了电化学传感器后端硬件电路的设计搭建、器件选型、模块功能,总结了研究过程中遇到的电路焊接、调试等经验问题,并采用3D打印技术为所设计的多功能检测电路板制造了外壳,使得多功能、智能化、便携式电化学检测仪的研发更加完整化、产品化。
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