论文部分内容阅读
随着科学技术的快速发展和人们生活水平的不断提高,人类对易燃、易爆、有毒、有害气体的及时、准确检测越来越重视。为了预防和有效控制污染物对环境和人体的危害,研制出灵敏度高、能实时检测有害气体,并具有便携式、操作简单等优点的气体传感器是有很大的应用价值。本论文以八乙基卟啉和八乙基卟啉锌为敏感材料,研制了一系列气体传感器,并对室内污染主要的原料油漆挥发产生的混合气体进行了气敏性测试,取得较好的结果。第一章前言部分,从挥发性气体的来源及其对人类身体健康的危害出发,阐述了传感器在现代信息技术中的重要性,传感器的定义、分类、原理、特点、性能评价及未来的发展和实际的应用前景以及敏感材料等方面给出了详细的介绍。第二章以八乙基卟啉为敏感试剂,采用旋转-甩涂法（spin-coating）制备了八乙基卟啉膜/K+交换玻璃光波导传感元件,并利用薄膜测厚仪（SGC-10）、原子力显微镜（AFM）、扫描电镜（FE-SEM）等手段对薄膜表面形貌进行表征,测定了薄膜的厚度、折射率,同时优化敏感元件的制备条件。研究结果表明,薄膜表面粗糙度大约为35.6 nm,折射率为1.7890,膜厚度114±5 nm范围内。该传感元件对浓度低于1×10-88 V/V0（V:被检测气体体积,V0:空气体积）（信噪比S/N=5.1）的甲胺气体具有较好的响应,响应-恢复时间为2 s和7 s,相对标准偏差为1.11%,具有较好的可逆性和稳定性。为了进一步探索八乙基卟啉的性质,继续探讨八乙基卟啉聚集行为。通过加无机酸的方法控制八乙基卟啉溶液的pH值,比较了自由基八乙基卟啉与质子化八乙基卟啉在紫外-可见光谱吸收峰位置,并确定了其质子化后的聚集体类型,即属于J型聚集体。制备了基于J型聚集体的气敏元件,并对其气敏性能进行了研究,并初步探讨了气敏机理。第三章为高灵敏八乙基卟啉-TiO2条形复合膜/锡掺杂玻璃光波导传感元件的制备及气敏性研究。本章通过溶胶凝-胶法（sol-gel）合成TiO2溶胶,利用浸渍-提拉法将TiO2固定在锡掺杂玻璃光波导元件表面,获得TiO2条形/锡掺杂玻璃光波导,然后再次利用旋转-甩涂法将敏感材料固定在TiO2薄膜表面,以获得敏感元件。在室温条件下对所得敏感元件进行气敏性测试。多次的实验结果表明,该传感元件对甲胺气体具有良好的选择性响应,能检测到体积比为（信噪比S/N=6.7）1×10-10 V/V0的甲胺气体,响应-恢复时间为2 s和9 s。比前一章制备的八乙基卟啉膜/K+交换玻璃光波导元件的灵敏度提高了2个数量级。第四章以八乙基卟啉锌作为敏感材料,制备了八乙基卟啉锌膜/K+交换玻璃光波导传感元件。用FE-SEM法对敏感薄膜表面进行了表征,测定了薄膜的厚度、折射率,并研究了对VOCs气体的响应特性。实验结果表明,该传感元件对浓度低于1×10-99 V/V0的甲苯气体具有较好的选择性响应,经过多次的平行实验可见,八乙基卟啉锌膜/K+交换玻璃光波导传感元件具有制备容易、操作简单、检测速度快、响应和恢复周期短等优点。第五章以八乙基卟啉锌作为敏感试剂,并研究了对VOCs气体的响应特性。从实验结果可见,本章研制的传感元件具有更高的灵敏度,能检测浓度低于1×10-1111 V/V0的甲苯气体。在此研究的基础上,利用该敏感元件对室内污染所产生的混合气体进行了气敏性测试,实验结果表明,该敏感元件在检测油漆所产生的混合气体时,表现出响应-恢复时间快、重现性好、稳定性高等优点。并利用气质联用技术（GC-MS）分析了油漆所含的成份,证明其含有苯系物。在利用该敏感元件检测室内污染物方面提供一定的依据,并具有很大的应用前景。第六章为结论部分,总结硕士阶段所有的研究内容,并归纳总结。