基于聚合物碳黑混合物气敏微传感器的研究

通过四种不同的聚合物敏感材料以及混合的碳黑修饰在梳状微电极上,可以得到这种新型的化学气敏电阻型微传感器,将这四种不同聚合物的微传感器分别对丙酮、乙醇、甲醇、甲苯四种有机类气体进行了测试,比较其电阻的相对变化率,利用其响应的主元分析可以将四种气体区分开,并且在一定范围内,电阻的相对变化率可呈一定的线性分布.     

柔性高灵敏单壁碳纳米管气体传感器研究

在柔性聚对二甲苯C基底上制作了基于单壁碳纳米管的小型化、高灵敏、反应快速的气体传感器。使用介质电泳集成碳管束,并利用单链脱氧核糖核酸修饰增强器件灵敏度。当传感器暴露在甲醇蒸气中时,会出现明显可重复的反应,它可以检测含量低至4.3×10-6的甲醇,并且在相当宽的体积分数范围有清晰的分辨能力。对于4.3×10-6的含量,未修饰的传感器对应电阻变化率是4.8%;经过脱氧核糖核酸修饰,电阻变化率增加到了12.3%。此外,该传感器还显示了很快的响应速度和很好的测试复验性。研究表明:这种柔性气体传感器在未来环境监测应用中有很好的前景。     

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。     

用于挥发性有机气体测定的化学阻抗传感器

该文以碳粉掺杂的聚合物为敏感膜,以叉指电极为基底制作了测定挥发性有机气体的化学阻抗传感器.当敏感膜吸附有机气体时,敏感膜膨胀,导致膜中导电性的碳粉粒子距离增加,电阻也增加.同时.有机气体的吸附还引起敏感膜的介电常数改变,从而导致电阻、电容改变.通过传感器电阻电容的变化可以实现有机气体的定量测定.考察了敏感膜厚度、敏感膜中碳粉含量、及测定频率对传感器电阻电容响应的影响.该文还探讨了电阻和电容响应的机理.     

一种自组装型SnO_2纳米线氢传感器

为了能够对低体积分数的氢气进行灵敏探测,提高氢气生产、使用、运输、存储的安全性,通过热蒸发SnO2和活性炭的混合粉末的自组装方式直接在Cr-Au梳状交叉电极上制备了一层SnO2纳米线气敏层,构成了SnO2纳米线气体传感器。经测试,发现此传感器对于体积分数范围为10×10-6~500×10-6的氢气具有良好的探测灵敏度。     

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.     

类积木状ZnO气体传感器的制备及其气敏特性研究

采用水热法合成了类积木状ZnO纳米结构,利用X射线衍射仪(XRD)、X射线能谱分析仪(EDS)和扫描电子显微镜(SEM)对制备的ZnO纳米结构的物相、化学组分及微观形貌进行了表征与分析。对基于ZnO纳米结构的气体传感器进行甲烷气敏特性测试,测试结果表明:该传感器的最佳工作电压为5 V,在该电压下对体积分数为200×10-6甲烷气体的灵敏度可高达55.4%,最低检测限为1×10-6。     

聚3—己基噻吩及其掺杂TiO2材料对NO2的气敏特性

制作了一种工作于室温下的NO2气体传感器。该传感器以有机聚合物聚3—己基噻吩(P3HT)为敏感材料,以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜为柔性衬底。对敏感膜进行了SEM表征。室温下,对不同体积分数的NO2进行了测试,对器件尺寸的影响进行了分析,并对响应规律进行了总结。经实验,对NO2测试下限可达到0.2×10-6。为提高敏感性、减小恢复时间,尝试对敏感膜掺杂TiO2,并同未掺杂的敏感膜进行实验比较,发现对体积分数1.5×10-6的NO2,掺杂TiO2可将敏感性提高8%,恢复性也有明显改善,对周期为1060 s的循环测试表明:掺杂TiO2下阻值基本能完全恢复。     

高选择性常温NH_3传感器

采用MEMS技术,如KOH腐蚀、光刻、溅射金属等技术,在硅片、玻璃等材料上制得平面式微传感器管芯,此结构具有微型化、低功耗、一致性好、适宜大批量生产的优点。敏感材料的采用不同于传统无机物,而是以苯胺为原料,合成高分子聚合物———聚苯胺,此敏感材料不需要加热源,其电阻在室温下与NH3浓度成一定函数关系,可以测得空气中较低含量的NH3。聚苯胺的另一个显著优点是高选择性,实验表明,高达1000×10-6(气体体积分数)的H2,CH4,CO,C4H10,C2H5OH的灵敏度远低于50×10-6(NH3气体体积分数)的灵敏度。     

基于单传感器动态检测和神经网络的气体监测

研究了气体传感器动态检测结合神经网络识别空气中有机气体的新方法.这种方法利用单个SnO2气体传感器而非阵列在方波温度调制的状态下,可实现多种有机气体的定性分析.在0.02Hz的调制频率、250～300℃的温度调制范围,测得传感器对不同体积分数异丙醇、乙酰丙酮和乙醇气体的动态响应.通过小波变换对单个周期测试信号进行特征提取,并将提取的特征值输入神经网络进行定性识别和体积分数估计,仿真识别的成功率高达100%,同时,较准确地实现待测有机气体的体积分数估计.     

Molecular modeling of polymer composite-analyte interactions in electronic nose sensors

We report a molecular modeling study to investigate the polymer-carbon black (CB) composite-analyte interactions in resistive sensors. These sensors comprise the JPL electronic nose (ENose) sensing array developed for monitoring breathing air in human habitats. The polymer in the composite is modeled based on its stereoisomerism and sequence isomerism, while the CB is modeled as uncharged naphthalene rings with no hydrogens. The Dreiding 2.21 force field is used for the polymer, solvent molecules and graphite parameters are assigned to the carbon black atoms. A combination of molecular mechanics (MM) and molecular dynamics (NPT-MD and NVT-MD) techniques are used to obtain the equilibrium composite structure by inserting naphthalene rings in the polymer matrix. Polymers considered for this work include poly(4-vinylphenol), polyethylene oxide, and ethyl cellulose. Analytes studied are representative of both inorganic and organic compounds. The results are analyzed for the composite microstructure by calculating the radial distribution profiles as well as for the sensor response by predicting the interaction energies of the analytes with the composites.     

室温固相合成纳米SnO_2及气敏性能研究

用室温固相法合成了SnO2 纳米粉体,在粉体材料中添加无机造孔剂调整材料的微结构。考察不同烧结温度和造孔剂添加量对气敏性能的影响。结果表明:适宜的无机造孔剂和烧结温度能改善气敏材料的微结构,从而提高气敏性能。材料对乙醇有较好的敏感性和选择性。在4. 5V加热电压下,对体积分数为5×10-4的乙醇、汽油和丙酮的灵敏度分别为85. 91, 8. 34和8. 37。     

稀土Nd掺杂纳米SnO_2薄膜气敏特性

用真空气相沉积法在玻璃衬底上制备纯SnO2和掺稀土Nd的SnO2薄膜,在500℃氧气气氛条件下进行45min热处理,获得良好的纳米SnO2薄膜和掺稀土Nd的SnO2薄膜。结果显示掺Nd和热处理使纳米SnO2薄膜的结构、导电性能得到一定的改善。掺Nd5%的SnO2薄膜对气体的选择性和灵敏性均得到明显的改善,其中,对丁烷的选择性、灵敏度最好,在体积分数为7.2×10-3时,灵敏度可达到340,但对乙醇、丙酮气体的敏感性较差。     

吸收式光纤气体传感器的研究

提出了一种通过波长扫描来检测C2H4 和H2S混合气体的体积分数的新方法。采用超发光二极管作为光源, 2个检测通道共用 1根光纤,通过光源调制实现气体的体积分数的谐波检测技术。该系统最小可探测气体的体积分数约为 10-4, 移植性好,对大多数气体均适用。     

采用光声光谱技术检测乙炔气体的研究

气体光声光谱检测技术灵敏度高,不消耗被测气体,能够很好地检测变压器油中溶解的微弱气体.乙炔是变压器产生的微弱气体之一,为了检测乙炔气体,构建了用以检测该气体的实验装置.利用该装置,对外腔可调谐半导体激光器的辐射特性进行了分析;深入分析光声池的品质因数和频率响应;在低气体体积分数、低激光功率条件下,得到了光声信号与气体体积分数、激光功率间的关系.     

A selective conductive polymer-based sensor for volatile halogenated organic compounds (VHOC)

A novel poly(p-xylylene), PPX, derivative bearing alkoxyphenyl side groups was electrochemically synthesized in 87% yield. The polymer, poly(4′-hexyloxy-2,5-biphenyleneethylene) (PHBPE), presented a fraction (92%) soluble in common organic solvents. It showed to be thermally resistant up to 185 °C. UV–vis analysis revealed an E_gap of 3.5 eV. Gas sensors made from thin films of 10-camphorsulfonic acid-doped PHBPE deposited on interdigitated electrodes exhibited significant changes in electrical conductance upon exposure to five VHOCs: 1,2-dichloroethane, bromochloromethane, trichloromethane, dichloromethane and tetrachloromethane. The conductance decreased after exposure to tetrachloromethane and increased after exposure to all the other VHOCs. Three-dimensional plots of relative response versus time of half response versus time of half recovery showed good discrimination between the five VHOCs tested.     

一种基于神经网络的混合气体体积分数预测模型

针对目前混合气体预测建模中的建模时间过长和泛化能力较差的问题,采用主成分提取(PCE)结合贝叶斯正则化神经网络法进行了改进.通过对4种常见污染气体CH4,CO,SO2,NO2的混合红外吸收光谱进行了分析,得到了各单一气体的体积分数.使用Matlab软件编程构建了网络,并优化了网络参数.结果表明:该方法使网络建模时间从4...