基于一维纳米材料的双层微波湿度传感研究

微波湿度检测方案在传感技术的推进下逐渐形成并得到全面发展,现阶段的研究主要从微波器件的结构设计展开,而忽视了对应的湿敏材料制备及优化。一维纳米材料因其高比表面积和孔隙率,是有助于提高检测灵敏度的优选敏感材料。本文设计了一款基于新型分裂环谐振器的双层微波传感器,利用高压静电纺丝技术制备了聚丙烯腈一维纳米材料,将该湿敏材料置于器件强电场聚集区域,在10 %RH~90 %RH湿度范围内实现了0.05 dB/%RH(基于插入损耗)、0.15 °/%RH(基于相位)的检测灵敏度、1.63 %RH(基于插入损耗)、3.56 %RH(基于相位)的湿滞,在稳定性检测中实现了最大误差0.21 %RH。结果表明除微波检测电极设计,湿敏材料的制备工艺也显著影响了微波湿度传感器的检测特性。     

基于丝网印刷的柔性湿度传感器研究

柔性是可穿戴类设备的基本属性,柔性湿度传感器可以用于检测皮肤湿度、呼吸频率等与人体健康密切相关的生理参数。为了满足丝网印刷的工艺需求,提出了一种银导电墨水的制备方案,分析了加热板、回流焊、马弗炉以及真空管式炉四种不同退火方式对银导电薄膜生长的影响,发现了加热板烧结后的银导线导电率高且成品阻值方差小。使用导电墨水制备电极,聚苯乙烯磺酸钠作为湿敏材料,在柔性衬底聚酰亚胺上印刷制备了平板式电容湿度传感器。该传感器在10%RH～90%RH湿度范围内可实现16.27 pF/%RH的灵敏度和1.65%RH的湿滞,具有良好的稳定性(最大误差0.22%)。通过对导电墨水的制备和烧结方式的研究,利用丝网印刷工艺制备了电容式柔性湿度传感器,为柔性湿度传感领域提供了参考。     

层层累积技术制备基于纳米碳管的葡萄糖生物传感器

以多壁纳米碳管(MWCNTs)为电子媒介体和酶的吸附载体,利用层层累积的自组装技术固定葡萄糖氧化酶(GOx)的多层(MWCNTs/GOx)n复合薄膜修饰电极,制备了一种新型葡萄糖生物传感器。结果表明:传感器对葡萄糖的响应电流值随着MWCNTs/GOx复合薄膜层数的不同而变化,当MWCNTs/GOx复合薄膜的层数为6时,响应电流值达到最大。(MWCNTs/GOx)6复合薄膜修饰的葡萄糖生物传感器对3×10-2mol/L葡萄糖的响应电流为1.63μA,响应时间仅为6.7 s。该生物传感器检测的线性范围为5×10-4~1.5×10-2mol/L,最低检测浓度可达0.9×10-4mol/L。     

化学修饰电极的研究—丁二酮肟修饰的碳糊电极

本文制备了镍敏感的化学修饰电极—丁二酮肟修饰的碳糊电极。研究了它对 Ni~(2+)在pH=8.8的 NH_3·H_2O-NH_4Cl 缓冲溶液中的伏安特性。用三阶导数卷积伏安法测定镍的含量,峰高与镍量在1.0×10~(-6)～1.0×10~(-7)mol·dm~(-3)范围内呈线性关系。并用该电极测定矿泉桔子汽水中镍的含量,结果满意。化学修饰电极在电化学,电分析化学领域中发展十分迅速。化学修饰的碳糊电极,通过在碳糊中加入特殊的沉淀剂、配合剂、离子交换剂、共价键合基团等方法,改善了碳糊电极性能,使电极对特定离子有响应并有富集该痕量离子的作用。我们用丁二酮肟修饰碳糊,制备了对痕量镍有响应的化学修饰电极,并研究了该电极的伏安特性。在-1.15V(VS.Ag-AgCl)处 Ni~(2+)有一灵敏的还原峰。在 pH=8.8的 NH3·H_2O-NH_4Cl 体系中,用三阶导数卷积伏安法测定镍,峰高与镍含量在1.0×10~(-6)～1.0×10~(-7)mol·dm~(-3)范围内呈线性关系。用该电极测定了几种不同型号的矿泉桔子汽水中痕量镍,结果满意。     

半导体乙醇传感器的湿度影响与氧化铌的应用

详细考察了湿度对SnO2系半导体乙醇传感器的影响,实验表明:环境湿度会使三价金属氧化物掺杂的SnO2半导体材料灵敏度下降,其中以氧化镧掺杂的SnO2系乙醇传感器衰减严重,在相对湿度90%RH(25℃)的环境中3×10-4体积分数的乙醇信号衰减率达到30%~40%,这种现象同样存在与In2O3和A l2O3掺杂体系的传感器上。以Nb2O5为掺杂剂的传感器体系湿度引起的灵敏度衰减轻微,用1.5%Nb2O5和0.5%La2O3配合使用的掺杂剂湿度影响较小,同时,传感器对乙醇灵敏度和选择性较好。     

微电极研究ⅫNafion修饰微电极伏安特性研究及其在痕量测定中的应用

本文介绍 Nafion 修饰碳纤维园盘微电极的制备及其伏安特性研究;用线性扫描阳极溶出法测定人体头发中镉离子的含量;电极面积固定,重现性好,方法简便;镉的峰电流在其浓度为1×10~(-7)～9×10~(-6)及10~(-6)～9×10~(-6)范围内有良好的线性关系,适用于阳极溶出。     

基于13X型沸石分子筛的类神经毒气传感器

研制了基于13X型分子筛阻抗型气体传感器,探测了神经类毒气沙林的相似物甲基磷酸二甲脂(DMMP)。通过交流电压对传感器进行激励,得到其交流阻抗谱的变化,从而实现对不同体积分数DMMP的检测。对0.2×10-6,0.4×10-6和1×10-6DMMP气体分别进行了检测,在1×10-6时(频率为0.01 Hz)电阻的相对变化可达13.2%;同时,分别采用13X型和Cu-β型分子筛作为敏感膜对1×10-6DMMP,100×10-6CO2和饱和蒸汽压下的乙醇气体进行了选择性比较实验。实验表明:基于13X型分子筛膜传感器对DMMP的探测有较好的灵敏度和选择性。     

基于铂纳米颗粒修饰碳纳米管Nafion膜电极的葡萄糖传感器

将分散在Nafion溶液中的多壁碳纳米管(MWNT)修饰玻碳电极(GCE),再在该膜上电沉积一层铂纳米粒子,制成铂纳米颗粒修饰的碳纳米管Nafion膜电极(Nafion-MWNT-Pt/GCE),并吸附固定葡萄糖氧化酶(GOD),构建电流型葡萄糖生物传感器。考察了Nafion-MWNT-Pt/GCE的电化学特性,发现沉积铂纳米粒子后,Fe(CN)6-3/-4电对在Nafion-MWNT-Pt/GCE上的氧化峰和还原蜂之间的电势差(ΔE)为179mV,小于未修饰铂纳米粒子的碳纳米管Nafion膜电极的ΔE(190mV),表明碳纳米管上电沉积的铂纳米粒子可加速电极的电子传递,电化学反应具有良好的可逆性。此外,铂纳米粒子尚具有良好的催化H2O2氧化的特性,H2O2在Nafion-MWNT-Pt/GCE上的计时电流响应明显增大。基于Nafion-MWNT-Pt/GCE的葡萄糖生物传感器显示了良好的传感性能,其检测线性范围为2.1×10-5～7.6×10-3mol/L,检测下限为1.0×10-6mol/L。     

溴化银单晶半导体传感器的研制

我们研制的 AgBr 单晶溴离子敏感半导体传感器(简称 Br~--ISFET)它是在场效应晶体管的绝缘栅上制备一层 AgBr 单晶敏感层。这种传感器灵敏度高、稳定性好、使用寿命长,且与一般溴离子选择电极比较,具有全固体化和易集成化等特点。特别是适应于生物、医学、航天、遥测和遥控等方面。该传感器经测试性能良好,其线性响应范围为:1.0×10°mol·L~(-1)～1.0×10~(-5)mol·L~(-1)NaBr,灵敏度为:56mV/PBr~-,对溴离子的检测下限为:5.0×10~(-6)mol·L~(-1)NaBr。     

多壁碳纳米管增效层层自组装构建乙醇生物传感器

以聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)为阳离子聚电解质,以乙醇氧化酶(AOD)为带负电的生物分子,结合多壁碳纳米管(MWCNTs),层层自组装(layer-by-layer)制备聚烯丙胺/聚磺化乙烯硫酸盐乙醇(PAA/PVS)3抗干扰膜修饰Pt电极,在此基础上将PDDA与AOD交替组装在修饰好的电极上,构建了电流型乙醇生物传感器.实验结果表明:MWCNTs的引入使电极对H2O2的催化电流明显增大,制成的酶电极可以有效控制酶量的使用,酶膜组装层数为6时最优,对乙醇的灵敏度为2.913 μA/mol/L,在2×10-4～8×10-3mol/L浓度范围内呈良好线性关系,检出限为1.52×10-5mol/L(S/N=3),并且传感器具有良好的抗干扰能力和稳定性.     

Pt/Ni—氧化石墨烯修饰电极用于莱克多巴胺测定

将石墨烯作为基底材料修饰到玻碳电极上,并在其表面沉积Pt/Ni二元金属制得定量检测莱克多巴胺的电化学传感器。探讨了石墨烯表面金属合金沉积时间和样品富集时间等条件对传感器性能的影响。在最优条件下,测定莱克多巴胺的浓度线性范围为1.98×10-7～2.67×10-4mol/L,其检测限为6.66×10-8mol/L。实验结果表明:该传感器灵敏度高、稳定性好。     

基于LiCl湿敏涂层的QCM湿度传感特性的研究

对0.2%质量比LiCl薄膜涂层的QCM湿度传感单元湿敏特性进行了系统性的研究。研究结果表明:0.2%质量比LiCl—QCM的湿度传感单元的线性测量范围为13%～94%RH,克服了常规LiCl湿敏材料传感单元量程窄的缺点。另外,此湿度传感单元还具有重复性好、灵敏度高、湿滞小(小于10 Hz)、数字频率化输出等优点,因而,具有较好的潜在应用前景。     

基于LCP衬底的柔性湿度传感器研究

介绍了一种新型柔性电容式湿度传感器.该柔性电容式湿度传感器采用液晶高分子聚合物(LCP)作为衬底,金属铜(Cu)作为叉指电极,聚酰亚胺(PI)作为湿度传感器的湿敏介质.LCP衬底的应用使得该传感器具有良好的柔性和可弯曲性.该柔性湿度传感器与传统硅基湿度传感器相比较具有成本低廉、结构简单、制作方便等优点.该柔性湿度传感器在25℃下的平均灵敏度为0.04%pF/%RH,最大回滞为±4.16%RH,其平均灵敏度在25℃~70℃范围内受温度影响较小.在25℃下其响应时间和恢复时间分别为36 s和39 s.该柔性湿度传感器可以应用于环境湿度检测、人工电子皮肤系统和可穿戴设备等领域.     

汽车空调温度湿度传感器设计

车用温度湿度传感器用于对汽车车厢内温度和相对湿度的自动监测,其性能直接影响空调系统的工作。设计的温度湿度传感器采用了一体化结构和强制空气流通的措施,能够在-30~85℃的环境中连续工作,并在湿度为20%~90%RH的范围内达到±5%的准确度,同时,具有较好的线性度。     

传感器进样气体脱湿技术研究

制备并研究了全氟磺酸离子交换/多孔四氟乙烯(PSAI/ePTFE)系列的膜,采用静态法测试了不同膜的透水、透甲基膦酸二甲酯(DMMP)的情况和分离效果。选用PSAI/ePFET膜在自制的动态脱湿器件中的脱湿效果进行了研究。在温度为19℃,采用硅胶干燥的干燥气作为反吹扫气进行吹扫。在抽气流量为3.3×10-6m3/s的条件下,湿度可从98%RH下降到42%RH。     

高空湿度探测用加热式湿度传感器的研制

为实现高空高湿环境下对湿度的准确测量,本文设计和研究了集成加热功能的湿度传感器,在探空仪进行高空湿度探过程中利用两只加热式湿度传感器进行轮流加热除湿和湿度测量。通过对聚酰亚胺湿敏材料进行改性和合成,设计和制作了加热式的电容型湿度传感器,其灵敏度为0.2195 pF/%RH、响应时间小于1 s、湿滞为4.8%RH、半年漂移量在±0.3%RH以内。通过分析不同温度下的加热恢复时间,制定了加热式湿度传感器轮流工作的机制,轮流加热时间和周期分别为2s和120 s。并利用数据采集电路以及GPS探空仪对加热式湿度传感器进行了地面静态性能和高空动态性能测试,其高空湿度探测结果与VA SALA RS92的显示出较好的一致性和较低的湿度误差。本文研制的加热式湿度传感器能具有良好的地面性能,实现了交替加热除湿和湿度测量的功能,具有高空湿度探测的应用潜力。     

多壁碳纳米管半乳糖生物传感器研究

以普鲁士蓝(PB)膜玻碳电极为基质,用多壁碳纳米管固定半乳糖氧化酶(GAO),构造了半乳糖电流型传感器,研究了半乳糖氧化酶在此传感器中的催化反应机理,对多壁碳纳米管半乳糖传感器的检测条件进行了优化。确认其对半乳糖具有灵敏的生物响应性,表现出良好的线性和分辨力。此传感器对半乳糖摩尔浓度0.5×10-4~1.5×10-2mol/L呈线性响应,检出限为1.0×10-4mol/L,响应时间为10 s,30 d后,响应电流依然保持80%。     

基于静电沉积壳聚糖铂纳米颗粒复合膜构建葡萄糖生物传感器

利用电沉积方法对壳聚糖/铂纳米颗粒复合膜进行组装,以戊二醛作为交联剂同定葡萄糖氧化酶,构建葡萄糖生物传感器.实验结果表明:制得的葡萄糖生物传感器响应时间仅为8 s,线性测量范围为1×10-5～1×10-3moL/L,检测限为1.4×10-5 mol/L(S/N=3.0).该传感器灵敏度高,稳定性好.     

四烷氧基酞菁铜(Ⅱ)旋涂膜的气敏特性

设计合成了可溶性的四 a (2.2.4 三甲基 3 戊氧基)酞菁铜(C64H80N8O4Cu),利用旋涂技术制备了四 a (2.2.4 三甲基 3 戊氧基)酞菁铜旋涂膜,研究了配合物旋涂膜的红外光谱、电子吸收光谱、对NO2和乙醇蒸汽的敏感特性以及气敏机理。结果表明:可溶性的四 a (2.2.4 三甲基 3 戊氧基)酞菁铜可制得较理想的旋涂膜,与溶液相比较旋涂膜的电子吸收光谱明显变宽,且Q带的2个吸收峰分别红移了16nm和12nm。室温下配合物旋涂膜对较低体积分数NO2呈现出良好的气敏性,在NO2为1.0～5.0×10-6体积分数范围内表现出较好的线性关系,而薄膜对乙醇蒸汽响应的体积分数为3.0×10-5。动力学研究表明:四 a (2.2.4 三甲基 3 戊氧基)酞菁铜旋涂膜对气体的吸附和脱附分2个过程完成。     

TAA薄膜NO_2气敏元件的特性研究

用真空升华方法制作了ＴＡＡ薄膜ＮＯ２气敏元件，并研究了其室温条件下的响应特性．结果表明：该元件在室温下对ＮＯ２具有较高的灵敏度，可检测空气中含１×１０（－６）的ＮＯ２气体．该元件在１．７×１０（－６）～１７×１０（－６）浓度范围内对ＮＯ２呈线性响应，响应时间在３０ｓ内，恢复时间为几分钟的数量级。