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。     

硬脂酸复合薄膜光波导传感器检测苯乙烯

利用旋转甩涂法将亚甲基蓝(MB)掺杂的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MB-硬脂酸复合薄膜/K+交换玻璃光波导传感器,并对挥发性有机物蒸气进行检测。实验结果表明,在室温下该传感器对低浓度的苯乙烯蒸气具有较好的重复性和选择性响应,能够检测到1×10-7(体积分数)的苯乙烯蒸气,其响应和恢复时间分别为12s和28s。该传感器具有灵敏度高、响应-恢复速度快、可逆性好、成本低、容易制作等特点。     

四苯基卟啉薄膜/K+-交换玻璃光波导传感器的研制及其气敏性研究

利用Alder法合成了四苯基卟啉并进行了表征;用匀胶机将一定浓度的四苯基卟啉溶液做成薄膜固定在钾离子（K+）交换玻璃光波导表面,研制了高灵敏的四苯基卟啉薄膜/K+-交换玻璃光波导传感器,并对挥发性有机气体进行检测。实验结果表明,在室温下该传感器对低浓度的苯乙烯、二甲苯、甲苯等蒸气具有一定的响应,其中对二甲苯的响应最大,能检测到1×10-6（V/V0）的二甲苯蒸气。     

挥发性有机物气体光波导气敏元件的研究

利用旋转甩涂法将掺有硫堇的Nation复合敏感薄膜固定在钾离子(K+)交换玻璃光波导表面,成功检测出了低浓度的二甲苯蒸汽.实验结果表明,常温下该元件对于质量浓度为4ms/m3的二甲苯蒸汽有很明显响应,其线性响应范围为4～6 800mg/m3.相同浓度的其它挥发性气体对检测二甲苯蒸汽干扰较小.该气敏元件具有灵敏度高、线性响应范围宽、响应恢复速度快、制作工艺简单等特点.     

ZnO-Fe3O4复合薄膜/K+交换玻璃光波导敏感元件对二甲苯的气敏性研究

采用溶胶凝胶法制备掺杂量不同的ZnO-Fe3O4溶胶,并用浸渍-提拉法将敏感材料涂覆在K+交换玻璃光波导表面,研制出ZnO-Fe3O4复合薄膜/K+交换玻璃光波导敏感元件。将敏感元件固定在光波导监测系统对挥发性有机气体进行检测。实验结果表明,在室温下该敏感元件对二甲苯蒸气有较好的选择性响应,能检测的二甲苯最低浓度为1×10-6(体积比V/V0),响应及回复时间为12s和60s。该敏感元件具有响应快,灵敏度高,成本低,容易制备等特点。     

Fe2O3-In2O3复合薄膜光波导传感元件检测二甲苯气体的研究

摘 要：本文采用溶胶-凝胶法(sol-gel)制备出氧化铁-氧化铟复合材料,利用提拉法将复合材料固定在锡掺杂玻璃光波导表面研究出能够检测二甲苯气体的Fe2O3-In2O3复合薄膜/锡掺杂玻璃光波导气敏元件。将气敏元件固定在气体检测系统中对挥发性有机气体进行检测。实验结果表明,Fe2O3-In2O3复合薄膜/锡掺杂玻璃光波导气敏元件对二甲苯气体具有较好的响应,其响应浓度范围为1×10-3～1×10-5(V/V)。在常温下该敏感元件对于浓度为1×10-5(V/V)的二甲苯蒸汽有比较明显响应,其响应和恢复时间分别为5s和20s。Fe2O3-In2O3复合薄膜/锡掺杂玻璃光波导气敏元件具有灵敏度高、响应速度快、制作工艺简单和可逆性好等特点。     

高灵敏光波导传感器检测H2S气体

将甲基绿-聚乙烯醇薄膜固定在钾离子(K )交换玻璃光波导表面,研制出一种光学硫化氢气体传感器.实验结果表明,本传感器对浓度在20×10-9 ～1.3×10-6范围内的硫化氢气体有良好的线性响应(R= 0.989 7)和快速响应(t0.9小于3 s).本传感器具有灵敏度高、可逆性好、重现性高、成本低,结构简单和易制作等特点.     

MB/PVP薄膜光波导传感元件对甲醛的气敏性研究

以亚甲基兰(MB)作为敏感试剂,利用旋转甩涂法将掺有成膜剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的MB溶液固定在玻璃光波导表面.研制了MB/PVP薄膜光波导传感元件,并且检测出了低浓度的甲醛蒸汽.实验结果表明,当被测气体接触到MB/PVP薄膜时,薄膜将被还原成无色;当被测气体离开薄膜一段时间后,MB/PVP薄膜颜色恢复到原来的颜色.在常温下该元件对浓度为25～g/m3的甲醛蒸汽有很明显的响应,同时该元件具有响应快、灵敏度高、制作工艺简单等特点.     

掺杂三乙醇胺铜配合物的PVA复合薄膜/K+交换玻璃光波导器件检测SO2气体

三乙醇胺酮配合物气敏性研究发现,该配合物与二氧化硫气体作用时透光率发生变化。以此结果为依据在K 交换玻璃光波导表面固定三乙醇胺铜配合物掺杂的聚乙烯醇复合薄膜,研制出了二氧化硫气体传感元件,并在光波导传感检测系统中测定其传感特性。实验结果表明,本传感元件对低浓度(500×10-9～15×10-6)二氧化硫气体有良好的线性快速可逆响应,低浓度氯化氢、硫化氢、二氧化氮、氨气以及挥发性有机物蒸汽对二氧化硫气体的检测没有干扰,具有灵敏度和选择性高、可逆性好,结构简单和易制作等特点。     

八乙基卟啉锌薄膜玻璃光波导传感器的制备及气敏性研究

利用旋转－甩涂法(spin-coating)将八乙基卟啉锌薄膜固定在K＋交换玻璃光波导表面,制成八乙基卟啉锌膜/Ｋ＋交换玻璃光波导敏感元件,优化敏感元件的制备条件,检测了16种有机挥发性气体的选择性响应。实验结果表明,该敏感元件对甲苯具有较高的灵敏度,检测限为10x10-9(Ｖ/Ｖ０,Ｖ:被检测气体体积,Ｖ０:空气体积)体积比,信噪比Ｓ/Ｎ＝3.88,响应时间和回复时间分别为2.4ｓ和11ｓ,平行测定五次试验,其结果具有良好的线性关系(Ｒ=0.9948),相对标准偏差RSD＝1.24％,八乙基卟啉锌薄膜厚度为(120±5)nm,折射率为1.7535。     

A design for improving the sensitivity of a Mach–Zehnder interferometer to chemical and biological measurands

Integrated optical Mach–Zehnder interferometers (MZIs) composed of graded-index channel waveguides are often used as chemical/biological sensors. Such MZIs have a relatively low sensitivity because the graded-index active arms have a weak evanescent field. To improve the sensitivity, a channel-planar composite optical waveguide (COWG) is proposed as a substitute for the graded-index active arm. An actual channel-planar COWG was fabricated by sputtering a tapered TiO₂ film onto a straight glass channel waveguide prepared by the potassium ion exchange method. Measurement of the evanescent absorption of the dye solution demonstrated a significantly enhanced evanescent field over the TiO₂ film region caused by adiabatic transition of the guided mode between the channel waveguide and TiO₂ film. Theoretical calculations show that the sensitivity of a glass-based MZI can increase 71 times when the COWG active arm contains a 25 nm thick and 5 mm long tapered TiO₂ film. The use of a COWG as the active arm of a glass-based MZI also allows for elimination of the low-index buffer layer because of a large difference in evanescent field between the COWG and channel waveguide.     

Detection of ammonia in the ppt range based on a composite optical waveguide pH sensor

An optical waveguide (OWG) pH sensor with two thin guiding layers (composite OWG) was fabricated, and its application to sensing extremely low concentrations of ammonia was demonstrated. The highly sensitive element based on a titanium dioxide (TiO₂) film was deposited onto the surface of a potassium ion (K⁺) exchanged glass OWG by RF sputtering. The surface of the TiO₂ film was coated with a thin film of a pH indicator dye (bromothymol blue, BTB) by spin coating. With optimum thickness of BTB film at about 46 nm and of TiO₂ films at 18–20 nm, this system proved to be an extremely sensitive ammonia sensor. The experimental results of the optimum conditions on BTB and TiO₂ film thicknesses were close to theoretically calculated values. The sensor easily detected 1 parts per trillion (ppt) ammonia reversibly, and had a short response time. The present sensor is also characterized by low cost, simple structure and facile fabrication.     

光波导化学传感器的数据采集和分析软件的开发

在光波导化学传感器研究中,辐照计检测的光强度由记录器(打印机)显示。对观察、记录、分析和保存检测的数据极不方便。因此提高和改进光波导检测系统的性能,用VB6.0编程语言开发数据采集和分析软件。通过数据采集卡将辐照计连接计算机并用该软件记录、处理、分析和保存检测数据,一整套实时图形化显示过程。本论文详细介绍检测系统的硬件、软件结构和性能,它不需要任何应用软件支持,可以在Windows中直接运行,界面友好、操作方便、运行稳定性好。计算机采集和处理检测数据使新系统在灵敏度、可靠性、响应速度和检测数据的精密度等方面超过了原来系统的性能,并为检测、研究该类传感器在智能化方面提供指导作用。     

间甲酚紫-PVP复合薄膜/K+交换玻璃光波导元件的制备及其气敏研究

利用旋转甩涂法(Spin-Coating)将间甲酚紫-聚乙烯吡咯烷酮复合薄膜固定在K+交换玻璃光波导表面研制了光波导敏感元件.研究了不同复合比例的间甲酚紫-聚乙烯吡咯烷酮复合薄膜与酸性和挥发性有机气体作用前后的紫外可见吸收光谱变化,并在此基础上研究了该敏感元件在光波导测试系统中对酸性和挥发性有机气体的响应.敏感薄膜与酸性气体作用后,薄膜由黄色变为紫红色.该敏感元件能检测到体积比浓度低于1×10-10(1.41×10-4 mg/m3)的H2S,响应和恢复时间分别为1.1 s和8.5 s,信噪比S/N为15.43;能检测到体积比浓度低于1×10-10(2.66×10-4 mg/m3)SO2气体,响应和恢复时间分别为0.4 s和2.7 s,信噪比S/N为5.88.间甲酚紫-聚乙烯吡咯烷酮复合薄膜厚度为199 nm±5 nm.     

基于K~+交换平面光波导气体传感器检测丙酮蒸气

利用旋转甩涂法K+交换玻璃光波导元件表面上固定甲基绿/聚乙烯醇敏感膜,成功地研制出一种丙酮光学传感器。实验结果表明:传感器对浓度在25~650mg/m3范围内的丙酮蒸气具有良好的线性响应,相关系数为0.991 15(n=5),检出限达到11mg/m3(S/N=3),响应时间小于3 s。该传感器具有较好的可逆性、重复性和成本低等特点。