SAW敏感膜材料SXFA的合成与吸附研究

声表面波化学传感器(SAW chemical sensor)是一种可用于化学战剂、爆炸物的气敏传感器.涂在SAW化学传感器上的敏感膜涂层与被测气体之间能发生可逆吸附作用,从而定量分析.本文采用水解法合成了烯丙基甲基聚硅氧烷,之后与六氟丙酮在110℃下进行反应,合成了聚(氧{甲基(4-羟基-4,4-双(三氟代甲基)丁-1-烯-1-醇)亚甲基硅氧烷})(SXFA)膜材料,采用溶剂挥发法﹑旋涂法将其涂膜,以甲基膦酸二甲酯(DMMP)为化学战剂模拟物,进行检测,频率计有3 kHz的偏移响应,同时对膜厚等因素对吸附的影响进行了探讨.     

聚甲基[3-（2-羟基-5-氟）苯基]丙基硅氧烷的合成及其应用

以对氟苯酚和3-溴丙烯为原料,无水乙醇为溶剂,经O-烷化、克莱森重排和硅氢加成得到了有机磷毒剂敏感材料聚甲基[3-(2-羟基-5-氟)苯基]丙基硅氧烷.研究了各因素对各步反应的影响,得到的较佳工艺条件为将对氟苯酚和溴丙烯于55℃回流4 h得到中间产物对氟烯丙基苯基醚(Ⅰ),接着将Ⅰ在200℃ 保温7 h得到2-烯丙基_4-氟苯酚(Ⅱ),然后将Ⅱ和含氢硅油在100℃反应4 h.利用FT-IR和1HNMR对各级反应产物结构进行了表征.将聚甲基[3-(2-羟基-5-氟)苯基]丙基硅氧烷料涂覆在QCM传感器上研究了其对有机磷毒剂模拟剂DMMP的响应特性.结果表明传感器响应迅速,对干扰气体、水和乙醇的响应低于含有苯酚官能团的聚合材料.     

6F-PBI合成的量子化学计算与实验研究

采用MOPAC 2012半经验量子化学PM7方法对聚六氟-2,2’（m-亚苯基）-5,5’-二苯并咪唑（6F-PBI）的合成进行了量子化学研究,探讨了6F-PBI稳定的几何构型、前沿分子轨道能级、偶极矩、聚合反应焓等,并通过3,3＇,4,4＇-四氨基联苯（TAB）与2,2-双（4-羧基苯基）六氟丙烷（6F-diacid）单体,在多聚磷酸（PPA）的作用下,液相合成6F-PBI进行了实验验证。结果表明,6F-PBI引入六氟丙烷结构,增加聚苯并咪唑分子的间距和分子链的柔性,热稳定性明显优于PBI,具有良好的溶解加工性能,在燃料电池用质子交换膜领域将表现出较大的应用潜力。6F-PBI合成是吸热反应,温度越高生成的聚合物粘度越大,实验结果与理论计算值相一致。     

一种小分子敏感材料的制备与气敏特性研究

合成了一种氢键酸性小分子神经毒气敏感材料.以二氯硅烷、2-溴甲基萘、活化锌粉、丙烯基苯为起始原料,通过格氏反应、硅氢加成,制备得到二(苯丙基)-二[(2-萘基)甲基]硅烷,然后用六氟异丙醇进行取代,得到二[3,5-双(2-羟基六氟异丙基)苯丙基]-二{(4,6,8-三[3,5-双(2-羟基六氟异丙基)]-2-萘基)甲基...     

烷基和芳基中位取代corrole及其铜配合物的π-π堆积效应研究

本文设计了基于5,10,15-三(五氟苯基)corrole分子中改变中位五氟苯基为丙基的一系列烷基和芳基中位取代的corrole(1α-4a)及其铜配合物(1b-4b).用密度泛函方法(RB3LYP)在6-31G~*基础水平上进行单体的几何优化,并对其静电势能和电荷分布进行了分析.用RHF/STO-3G方法对平行三明治,反平行三明治,平行错位和平行斜错位4种几何构型的二聚集体进行单点能计算,结果显示:在这几种π-π堆积构型中反平行三明治式结构是最好的堆积方式.更好的π-π堆积几何结构可以通过RHF/STO-3G方法对反平行堆积构型进行几何优化得到。自由corrole 3a和4a二聚体没有堆积作用,而其它的2个自由corrole和铜配合物二聚体则均表现出一定的π-π堆积作用。其中二聚体(1a)_2,(2a)_2,(3b)_2和(4b)_2的π-π堆积作用能在-4.47～-12.69 kJ/mol之间,而(1b)_2和(2b)_2的堆积作用能则分别增至-52.34 kJ/mol和-80.70 kJ/mol.(1b)_2和(2b)_2表现出显著的强π-π堆积作用,主要是因为其周边五氟苯基中的氟原子与中心金属铜之间存...     

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。     

2，4-二氯苯氧基乙酸分子记印聚合物的性能研究

以2,4-二氯苯氧基乙酸(2,4-D)为模板分子,制备了2,4-D分子记印聚合物(2,4-DMIP).采用流动电位法,研究了聚合物对于模板分子的结合性,选择性,稳定性.结果表明,2,4-D MIP对于模板分子具有高度的识别能力,并且性能稳定,可以反复使用四个月而性能不变,同时探讨了流动相中模板分子浓度与流动电位的关系,结果表明,有可能将分子记印技术与流动电位法相结合用于环境中微量2,4-D的监测.     

呋喃西林分子印迹聚合物的分子模拟与验证

以呋喃西林(Nitrofurazone,NFZ)为模板分子,甲基丙烯酸(MAA)、丙烯酰胺(AM)、2-乙烯基吡啶(2-VP)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)为功能单体,通过LC-WPBE/6-31G(d,p)方法方法模拟计算了呋喃西林与不同功能单体间的分子印迹的自组装,对形成的四种印迹复合物进行结构、能量、成键情况、NBO电荷、结合能的分析。计算结果表明NFZ分子印迹聚合物最佳的功能单体为甲基丙烯酸,且其与模板分子比例为6:1时,印迹效果最佳。同时,根据理论计算的结果制备聚合物,并通过吸附动力学实验、平衡结合实验和选择性实验对合成的聚合物进行了表征,结果表明模拟结果与实验结果一致。     

用软刻蚀制备组织工程3D聚合物微结构

软刻蚀制备组织工程3D可生物降解、生物相容性好的几何图案聚合物微结构,方法简单,使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为弹性铸膜.高分辨率透明掩膜图案用CorelDraw软件绘制并用高分辨率行式打印在塑料片上.制备微结构的聚合物材料为摩尔比85/15的聚乳酸/乙醇酸(PLGA)共聚物,对其进行预处理使之具有适当的硬度和柔韧性.用铸造、旋涂两种成模方法制备形体尺寸为10～100 μm的PLGA肢手架.对影响肢手架结构完整及横向分辨率的因素进行了讨论和优化,并对两种成型方法的横向、纵向分辨率进行了比较.作为脚手架在组织工程上应用的概念验证,用热层压方法制造用于细胞培养的多层聚合物结构.实验结果表明,软刻蚀技术提供了一种实现组织工程微尺度3D聚合物结构的有效工具.     

SAW-SXFA传感器检测有机膦化合物的研究

以六氟异丙醇基聚硅氧烷(SXFA)为检测有机膦化合物的敏感膜材料制备出了SAW-SXFA传感器,对传感器检测甲基磷酸二甲酯(DMMP)的稳定性进行了介绍;通过在不同温度下传感器对DMMP的检测,探讨了环境温度因素对检测产生的影响,并对SAW-SXFA的主要检测性能进行了测试.     

Adsorption studies of carbowax and poly dimethyl siloxane to use as chemical array for nitro aromatic vapour sensing

Trinitro toluene (TNT)-based explosives contain 2,4-dinitro toluene (DNT) and 1,4-dinitro benzene (DNB) as a manufacturing impurity, which form more vapour in the vicinity than TNT itself, and hence form a distinctive ‘chemical signature’ indicative of explosive. The concentration of these compounds over landmines is extremely low and well below the minimum detection limits of most field-portable chemical sensors. Carbowax was found to give good adsorption for 2,4-DNT vapour at higher temperature and reverse was in case of 2,6-DNT vapour. On the other hand, the same polymer film gives reasonably good adsorption for 1,4-DNB, more than 33% adsorption and poor response for 1,3-DNB, which is around only 20%. The adsorption rate was specific for all the four isomers as observed 0.81 ng/(cm² min) for 2,4-DNT, 0.14 ng/(cm² min) for 1,3-DNB, 0.07 ng/(cm² min) for 2,6-DNT, and 0.04 ng/(cm² min) for 1,4-DNB. This polymer was found to give different relative response to these nitro aromatic isomers. PDMS gives very good response for 2,4-DNT (98–100%) at 50 °C appears to be a distinguishing performance. The results of carbowax-1000 and poly dimethyl siloxane (PDMS) indicated that these two polymers could be more suitable for the realisation of polymer-based chemical sensor.     

基于超支化聚合物的声表面波化学毒剂传感器

基于声表面波（SAW）技术的化学毒剂传感器在检测下限、响应速度以及减小温度、湿度交叉敏感等方面还需进一步提高。提出了在SAW双端口谐振器上涂敷超支化聚合物的方法提高传感器的检测下限和灵敏度。通过建立Van Dyke模型,分析了敏感膜对SAW化学毒剂传感器Q值、插入损耗以及电路阻抗匹配的影响。利用谐振器代替延迟线,确保了器件具有插入损耗、高Q值的特点。实验证实,在谐振器的中心栅结构上涂覆聚合物可以减小粘弹性聚合物对谐振器插损、Q值以及输入输出阻抗的影响。对设计的化学毒剂传感器进行了沙林毒剂检测实验,采用315MHz的SAW谐振器结合超支化聚合物膜,检测沙林气体浓度为5．0mg／m^3。实验表明：这种传感器的灵敏度可达到600Hz／mg／m^3,响应时间为50s,恢复时间约为60s。     

FEM modeling of SAW organic vapor sensors

A finite element method (FEM) simulation approach of surface acoustic wave (SAW) organic vapor sensors was investigated. The effects of the polymer coating on the propagation characteristics of the SAW were studied by FEM modeling in the absence and presence of vapor. The sensitivities for each vapor-coating combination can be obtained from the simulation frequency shift in different vapor concentration. Comparisons of the simulation sensitivities of SAW vapor sensors with the experimental values reported by Edward T. Zellers and co-workers confirm the general validity of the approach. The approach is expected to select polymer, which offers the best sensitivity for particular vapor.     

基于SAW表面气液相效应和GC分离柱的气敏传感器

限于传统涂敷敏感膜的声表面波（SAW）气敏传感器存在成膜困难和选择性差、重复性差以及再生性差等问题,本研究提出一种基于压电基底表面气体气液相转换效应机理的瑞利波传感器。在此基础上开发了一种基于瑞利声表面波传感器和气相色谱（GC）分离柱的便携式气体检测系统。最后实验论证了方案的可行性,初步的实验结果表明该系统具有分析时间短、选择性好、灵敏度高,可检测ppb（10^-9）浓度的混合VOCs以及成本低等优势,显示其在痕量挥发性有机气体检测和分析应用上有良好的潜力和前景。     

基于SAW表面气液相效应和GC分离柱的气敏传感器的研究

限于传统涂敷敏感膜的声表面波（SAW）气敏传感器存在成膜困难和选择性差、重复性差以及再生性差等问题，本研究提出一种基于压电基底表面气体气液相转换效应机理的瑞利波传感器。首先建立了挥发性有机气体(VOCs)液相凝聚体薄层负载下的SAW波传模型，并仿真计算了其波传频散和波传衰减。然后在此基础上开发了一种基于瑞利声表面波传感器和气相色谱（GC）分离柱的便携式气体检测系统。最后实验论证了方案的可行性，初步的实验结果表明该系统具有分析时间短、选择性好、灵敏度高（可检测ppb浓度的混合VOCs）以及成本低等优势，因此其在痕量挥发性有机气体检测和分析应用上有良好的潜力和前景。     

Development of SAW based gyroscope with high shock and thermal stability

A novel surface acoustic wave (SAW)-based gyroscope with an 80 MHz central frequency was developed on a 128° YX LiNbO₃ piezoelectric substrate. The developed sensor was composed of a SAW resonator, metallic dots, and two SAW delay lines. A SAW resonator was employed to generate a stable standing wave with a large amplitude, metallic dots were used to induce a Coriolis force and to form a secondary SAW, and two delay lines were formed to extract the Coriolis effect by comparing the resonance frequencies between these two delay lines. Coupling of modes (COM) modeling was conducted to determine the optimal device parameters prior to fabrication. According to the simulation results, the device was fabricated and then measured on a rate table. When the device was subjected to an angular rotation, resonant frequency differences between the two oscillators were observed because of the secondary wave, generated by the Coriolis force, perturbed the propagation of the SAW in the sense element. Depending on the angular velocity, the difference of the resonance frequency was linearly modulated. The obtained sensitivity was approximately 172 Hz deg^?1 s^?1 at an angular rate range of 0–500 deg/s. Device performances depending on different mass weights and temperatures were also characterized. Good thermal and shock stabilities were observed during the evaluation process.     

声表面波器件的反射特性及性能

为了准确分析反射型声表面波器件参数对其性能的影响,基于耦合模理论和P矩阵方法建立了器件的耦合模模型,分析得到器件的电反射特性即反射系数S11曲线,并在128°Y-X LiNbO3压电基片试制了频率为90 MHz的多种参数的器件,分析与测试结果表明:单个叉指换能器器件的S11中心频率为91.26 MHz,幅值为-20.58 dB,与理论分析结果91.44 MHz和-19.21 dB相近;带有反射栅的器件比单个叉指换能器件在中心频率处S11幅值增大约8.5 dB,谐振峰增多,时域曲线有明显的反射峰信号,验证了反射栅的反射特性;叉指换能器叉指对数减小使器件中心频率处的S11幅值减小,时域中的回波信号更尖锐,信噪比明显增大,表明对数较多的IDT具有较强的反射特性,对回波信号干扰较大,过小的叉指对数对器件声电转换效率影响很大,会使器件性能下降;较大的反射栅指条数对回波信号影响不大,但过小的指条数会降低反射栅反射系数,使得回波信号信噪比减小,纹波增多.     

声表面波气体传感器聚合物敏感膜材料的选择

聚合物敏感膜材料是声表面波（SAW）气体传感器应用最为广泛的膜材料。该文就聚合物敏感膜材料的吸附原理、物理性质以及线性溶解能关系（LESR）予以论述。给出了筛选和设计特种性能聚合物膜的方法．旨在为声表面波气体传感器选择或设计合适的聚合物敏感膜材料提供依据。     

SAW gas sensor with proper tetrasulphonated phthalocyanine film

A surface acoustic wave (SAW) piezoelectric device with a dual-path SAW delay line oscillator configuration has been developed to detect nitrogen dioxide (NO₂) gas. One delay line is coated with a Langmuir-Blodgett (LB) film of copper tetrasulphonated phthalocyanine (CuTsPc), while the other is uncoated. NO₂ gas can be selectively abosorbed by the CuTsPc LB film and then alters the SAW characteristics, which in turn causes the oscillation frequency to change. The concentration of NO₂ can be detected by measuring the relative change in the frequency of the two oscillators. The CuTsPc LB film-coated SAW device has been demonstrated to be sensitive to low concentrations of NO₂ gas. There is a linear relationship between NO₂ concentration and frequency change under 12 ppm NO₂ concentration. The sensitivity of the device is about 128 Hz/ppm NO₂. The response time is 10 min, and the recovery is 40 min. It can be applied as a small, inexpensive and sensitive NO₂ gas sensor.     

一种采用穴番-A敏感膜的新型声表面波瓦斯传感器的研究

本文利用笼形超分子材料穴番-A对甲烷分子的特异性包合作用,提出了一种能够在室温下工作的采用穴番-A敏感膜的新型声表面波瓦斯传感器。设计研制了中心频率为300 MHz的低损耗、高Q值SAW谐振器,并以所研制的谐振器构成双通道差分振荡器。分别以点涂法和旋涂法在传感通道SAW谐振器表面进行了敏感膜的镀膜。通过实验观察对比了采用两种镀膜方式的SAW瓦斯传感器在常温下对5%甲烷气体的响应。实验结果显示点涂镀膜的传感器响应约为1 kHz,远大于旋涂镀膜方式。AFM表面形貌表征显示了敏感膜表面粗糙度是造成这一差异的主要原因。实验还研究了传感器对不同浓度甲烷气体的响应,结果表明传感器响应随气体浓度降低而减小,两者存在良好的线性关系,测试灵敏度为205 Hz/%,检测下限约为0.2%。