【摘 要】
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声表面波(SAW)传感器利用声表面波绝大部分能量集中在基底表面的特点,可以制备出非常灵敏的气体传感器。聚丙烯酸(PAA)由于成本低、工艺简单以及材料本身含有大量羟基和羧基,因此非常适合作为声表面波传感器的敏感膜。本文制备了基于PAA和PAA/聚乙烯醇(PVA)的声表面波氨气传感器,研究了传感器对于氨气的检测性能。PAA表面含有大量的羟基和羧基,使其能够很好地吸附水分子和氨气。基于PAA制备的SAW
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声表面波(SAW)传感器利用声表面波绝大部分能量集中在基底表面的特点,可以制备出非常灵敏的气体传感器。聚丙烯酸(PAA)由于成本低、工艺简单以及材料本身含有大量羟基和羧基,因此非常适合作为声表面波传感器的敏感膜。本文制备了基于PAA和PAA/聚乙烯醇(PVA)的声表面波氨气传感器,研究了传感器对于氨气的检测性能。PAA表面含有大量的羟基和羧基,使其能够很好地吸附水分子和氨气。基于PAA制备的SAW氨气传感器具有对氨气响应灵敏和检测下限优异的特点。在温度25℃和相对湿度为30%的条件下,PAA SAW氨气传感器对20 ppm氨气的响应频移有11.5 kHz,并且检测下限可以达到0.5 ppm。传感机理分析表明敏感膜弹性模量的增大是导致正频移的主要原因。制备的PAA SAW氨气传感器不仅具有优异的灵敏度和检测下限,它还具有优秀的选择性、短期稳定性、长期稳定性,此外,其响应和恢复时间都与氨气浓度呈良好的线性关系。对于不同比例制备的PAA/PVA氨气传感器,研究了其气敏特性。通过对比PAA SAW氨气传感器和PAA/PVA SAW氨气传感器的实验数据,我们发现PVA的引入大大增强了PAA SAW传感器的响应。同样在温度25℃和相对湿度为30%的条件下,PAA/PVA SAW氨气传感对20 ppm的氨气的频移有28.5 kHz,这是因为PVA改变了PAA敏感膜的表面结构。然而,PVA的引入会导致了传感器的基线在每次检测氨气后会发生移动,这是因为发生了不可逆的化学反应。通过对照实验,我们发现对氨气起到检测效果的只有PAA。除此之外,我们还发现PVA的引入使得原有的PAA SAW氨气传感器的响应时间和恢复时间增加。不过,两组氨气传感器在选择性、短期重复性和长期稳定性方面都很优秀。此外,通过设置不同的湿度环境,发现高湿度的环境有助于增强PAA/PVA SAW氨气传感器对氨气的响应,这是由于水分子改变了链间氢键和电导率。
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