沸石分子筛修饰的QCM类神经毒气传感器

研究了Cu2 -Beta型纳米分子筛对类神经毒剂DMMP有机气体的敏感特性,并结合高灵敏的石英谐振微天平(QCM)研制了DMMP气体的传感器.研究结果表明,选择Cu2 -Beta纳米分子筛作为敏感膜对DMMP气体的检测灵敏度大大提高,达到14.481 1 Hz/lg(C/ppm).在0.2 ppm DMMP气体浓度下,传感器的响应时间和恢复时间分别为40 s和100 s,响应达到103Hz.同时经过高温和水汽吹扫脱附处理,该传感器表现了较好的重复性.     

DMMP在纳米分子筛敏感薄膜中的解吸附特性

分子筛膜的脱附困难是制约纳米分子筛敏感膜传感器发展的主要技术瓶颈之一,传统的高温脱附和纯氮气吹洗的方法无法有效地使纳米分子筛膜得到再生。针对Silicalite—1,ZSM—5和Cu-ZSM—5 3种纳米分子筛,利用石英晶体微天平(QCM)技术,研究了氮气吹洗法、高温脱附法和高频交变电场脱附法对甲基磷酸二甲酯(DMMP)气体的脱附特性。结果显示:超声频交变电场脱附法可以使脱附时间从传统方法的20 min缩短到60 s以内,并达到85%以上的脱附率,使传感器的重复性很快得到再现。     

基于分子筛薄膜探测神经类毒气的传感器研究

采用ZSM-5分子筛材料对神经类毒剂沙林的相似物甲基磷酸二甲脂(DMMP)气体进行了测试。分子筛材料因为具有选择性吸附分子的能力常被用来作为气体敏感材料,但因为其神经类气体极性较强,被吸附后难于解吸附,因此,分子筛材料很少用于检测神经类气体。利用合成的ZSM-5纳米分子筛作为吸附神经类气体DMMP的敏感材料,将其涂布在2个石英晶体微天平(QCM)上进行差频测试,以减小外界的干扰,并提出了用交变电场进行极性分子解吸附的新方法。DMMP气体的探测最小体积分数达到1×10-6,响应时间和解吸附时间分别小于20 s和90 s。     

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PVDF膜的QCM对DMMP的气敏特性研究

神经性毒剂是化学战剂的重要分支.为了检测神经性毒剂模拟剂甲基膦酸二甲酯(DMMP),使用毛细管在压电石英晶体(QCM)的电极上滴涂上不同质量的聚偏氟乙烯(PVDF)溶液,干燥后作为敏感膜.室温下测试QCM对不同浓度的DMMP的响应情况,发现QCM的频率变化与气体浓度有着良好的线性关系.该实验结果表明,PVDF可以作为检测DMMP的很好的敏感材料.     

基于纳米沸石分子筛薄膜的新型气体传感器

研究了一种基于纳米沸石分子筛Ag+ZSM 5的新型气体传感器。该传感器利用纳米沸石分子筛Ag+ZSM 5对丙酮分子有较好的选择性和石英晶体振荡器对微小质量改变的高度灵敏性的特性设计并制作了对丙酮敏感的气体传感器。研究结果发现,采用ZSM 5型分子筛并用Ag+对该分子筛进行修饰可以提高对丙酮气体的响应,而对乙醇的响应较小。对不同浓度的丙酮气体的测试表明:在较低的丙酮气体浓度(0.67μmol/L)下,传感器表现出良好的响应,检测灵敏度较高,可达到44.8Hz/(μmol·L-1)。同时,该传感器具有良好的可逆性、重复性。     

基于纳米分子筛敏感膜类神经毒气传感器

研究了ZSM5分子筛膜对神经类毒剂沙林的相似物甲基磷酸二甲脂的敏感特性,并结合高灵敏的石英谐振微天平(QCM)研制了甲基磷酸二甲脂气体传感器。测试甲基磷酸二甲脂气体的体积分数分别为10-6,5×10-6,20×10-6的气体。研究表明:基于ZSM5纳米分子筛膜的传感器的检测灵敏度高,对气体体积分数为10-6甲基磷酸二甲脂气体的检测灵敏度为60Hz/10-6,比半致死浓时积低;传感器的响应与脱附时间较快,对气体体积分数为10-6甲基磷酸二甲脂气体的响应与脱附时间均为100s;对同体积分数丙酮气体进行了频率响应测试,对传感器的选择性进行验证。还研究了ZSM5分子筛对甲基磷酸二甲脂气体的脱附再生条件,发现经过200℃脱附,分子筛的再生能力可以得到较好的恢复.     

覆盖聚合物敏感膜的水平剪切型声表面波气体传感器机理分析

采用微扰理论分析了覆盖聚合物敏感膜的水平剪切型声表面波气体传感器(SH-SAW)的响应机理。以针对有机磷毒剂具有良好选择性的含氟多羟基聚硅氧烷(FPOL)膜材料为例,分析了聚合物膜厚以及传感器工作频率在敏感膜吸附气体时对传感器响应的影响。计算结果表明,SH-SAW气体传感器对于不同浓度的甲基磷酸二甲酯(DMMP)气体响应随FPOL膜厚和传感器工作频率的改变呈现非线性变化。为了获得线性特性的传感器响应及较小的声波衰减,在一定的DMMP气体浓度检测范围内,通过理论计算提取出了优化的FPOL敏感膜膜厚和传感器工作频率等参数。     

利用喷墨打印技术制备的类神经气体传感器

利用喷墨打印技术沉积生物高分子溶液的方法,打印出金的梳状微电极的阵列图形,并采用NaX型沸石分子筛作为敏感膜,研制了探测神经类毒气沙林的相似物DMMP气体的阻抗型传感器。电极图形使用简单的绘图软件autoCAD画出,通过简单改进过的办公用喷墨打印机在金衬底上打印一层自组装膜的阻挡层,经过湿法刻蚀后得到了梳状微电极阵列。将制得的传感器对1ppm(即1×10-6)DMMP气体进行检测,测得在0.01Hz处,其电阻的相对变化值为10.7%。与传统MEMS工艺相比较,喷墨打印方法制备传感器具有工艺步骤简化,成本低,可在柔性等不同材料上制作等优点,有着广泛的应用前景。     

一种新型有机磷液晶传感器

提出了一种新型有机磷液晶传感器,其基底表面仅由Cu2+功能化。将液晶5CB滴凃其上,利用正交偏光显微镜对传感器的光学表征进行观察。传感器的光学表征随时间逐渐从亮转为暗,且其转为全暗态所需的时间与Cu2+的浓度呈反比;当通入甲基磷酸二甲脂(DMMP)气体时,传感器呈现出逐渐从暗到亮的光学表征变化,循环通入空气和DMMP气体时交替出现的暗与亮的光学表征转变显示了其对DMMP的光学响应具有可重复性;另外,水、乙醇、甲苯和丙酮等其他干扰气体的通入则不会引起光学表征的任何变化。同时,在实验范围内(0.1~10mmol/L),Cu2+的浓度越低,传感器对DMMP的光学响应灵敏度越高。结果表明了这种新型有机磷液晶传感器造价低廉,制作过程简易,可选择性、可重复性地应用于如DMMP等有机磷的检测中。     

温湿度对SnO2基CO气体传感器敏感特性的影响

采用溶胶-凝胶法制备了纳米SnO2粉体及Pd掺杂浓度比分别为0.2 mol%、2 mol%1、0 mol%的三种掺杂粉体。以制得的粉体作为敏感材料,制成陶瓷微热板式CO气体传感器。在自行搭建的气体测试平台上,测试了各传感器在不同环境温湿度条件下对CO的响应,研究了Pd掺杂浓度对传感器湿度稳定性的影响,探讨了湿度影响传感器灵敏度的机理。实验结果表明:0.2 mol%Pd掺杂器件在不同湿度条件下灵敏度离散度由掺杂前的20.5%降低至8.63%,有效提高了传感器的湿度稳定性。10 mol%Pd掺杂器件在湿度大于50%相对湿度时,对20×10-6 CO出现反常响应,在还原气体CO出现时气敏膜电导减小。     

ZnO纳米棒修饰的QCM气体传感器检测NH_3研究

主要介绍了ZnO纳米棒修饰的石英晶体微天平(QCM)气体传感器的制备与测试。采用两步法在石英晶振片表面制备直径为100 nm的ZnO纳米棒敏感膜,构成QCM NH3传感器。检测系统为自主研发的基于LabVIEW平台的QCM气体传感器频率测试软件。检测NH3的体积分数为5×10-6~50×10-6,响应时间均在10 s以内,最大频差值为10.9 Hz,响应最大频差值与NH3体积分数呈现良好的线性关系。室温条件下,ZnO纳米棒敏感膜可以完全实现吸附解吸过程,具有可逆性。该传感器性能稳定,响应灵敏,具有重复性。     

固体电解质SO2气体传感器的特性研究

采用溶胶-凝胶法合成NASICON固体电解质及ZnSnO3复合金属氧化物材料,并以NASICON为基体材料,ZnSnO3为敏感电极制作管式SO2气体传感器。研究表明,在325-430℃时,SO2浓度在（5～50）×10^-1体积分数范围内,器件的EMF值与SO2浓度的对数呈现较好的线性关系。器件在375℃时对SO2的灵敏度达到255mV／decade,并且器件在此温度下表现出较好的选择性和响应恢复特性。最后对其敏感机理进行了分析。     

硬脂酸复合薄膜光波导元件的气敏性研究

利用旋转-甩涂法将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)-硬脂酸复合薄膜固定在钾离子(K+)交换玻璃光波导表面,研制了PVP-硬脂酸复合薄膜/K+交换玻璃光波导元件,用于对挥发性有机物蒸汽进行检测。实验结果表明,在室温下该元件对低浓度的二甲苯蒸汽仍有较好的重复性和选择性响应,能够检测到1×10-6(体积分数)的二甲苯,其响应和恢复时间分别为9 s和35 s,相对标准偏差为±4.17%。该元件具有灵敏度高、响应-恢复速度快、可逆性好、成本低、容易制作等特点。     

基于差分吸收检测技术的非色散红外SF6传感器

基于非色散红外吸收原理,以电调制红外光源、采样气室和双元红外探测器组成的红外传感模块为核心,利用差分吸收检测技术设计了一种小型化高性能的SF6气体传感器.利用标准气体进行浓度标定,拟合了SF6气体浓度与电压关系曲线,实现了对SF6气体浓度的准确检测.根据传感器检测误差随环境温度变化的规律,系统研究了温度补偿方法,有效提高了传感器在不同温度下的检测精度.实验结果表明,该传感器系统在环境温度10℃~40℃、气体浓度0~2500×10-6范围内的检测精度小于±50×10-6,分辨率为1×10-6,系统响应时间小于5 s,具有良好的重复性和稳定性.     

MEMS红外光源及应用

针对传统红外光源需要另加调制部件,使得传感体系价高和笨重的不足,利用微电子工艺研制了一种用于便携式非扩散红外气体传感器的电调制红外光源,并对其辐射特性进行了测试。将光源应用于自行搭建的小型红外吸收气体传感系统中,对不同气体体积分数的CO2和SO2气体进行探测,测量精度分别达到20×10-6和50×10-6气体体积分数。重复测量偏差在10%之内,且光源辐射性能稳定,可用于多组分气体探测。