基于有机半导体纳米结构的气体传感器研究

来源 :苏州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xzh19870715
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
作为传感器领域中的一个重要分支,气体传感器在人们的生产和生活中扮演着极其重要的角色,研制高性能气体传感器具有重要的科学和实际意义。传感材料的种类和形貌直接决定了气体传感器的灵敏度、选择性以及稳定性等重要参数。有机半导体是一类具有共轭分子结构的化合物,它的电导率可以通过氧化/还原、掺杂/脱掺杂以及化学修饰等过程在大范围内实现调控,是构筑气体传感器的理想材料。本论文以有机半导体纳米结构为传感材料,构筑了一系列用于检测不同气体的高性能气体传感器。主要内容如下:  1.针对传感器性能静态测试系统配气误差较大、无法真实反映传感器动态性能参数等缺点,自行设计了一套动态性能测试平台,该平台由配气系统、测试腔体以及电学测试系统三部分组成。配气系统采用动态配气方式,通过三个流量计分别控制被测气体与载气的流量,使目标气体的浓度在大范围内连续精确可调;同时在配气系统中加入了鼓泡装置以实现对液体蒸汽样品的测试,根据液体饱和蒸汽压和载气流速可以方便地计算出蒸汽的浓度。设计了两套分别用于常温和高温测试的腔体,通过缩小腔体体积加快气体交换速度,最大程度地反映传感器的真实响应时间和恢复时间;根据不同的测试腔体分别设计了对应的可拔插测试底座,简化了传感器的安装和测试流程。  2.将稀溶液聚合法与光刻技术相结合,在柔性PET基底上制备了图案化聚苯胺纳米线阵列,实现了导电聚合物纳米材料微观有序与宏观有序的高度统一。详细研究了基底材料对生长和溶脱过程的影响,通过扫描电镜和光学显微镜等表征,我们发现所制备的图案边缘清晰锐利,纳米线垂直于基底生长形成有序的阵列结构,其直径约为50nm,高度为300nm左右。以不同宽度的线条状纳米线阵列为活性材料构筑了氨气传感器,发现传感器的灵敏度随着线宽的缩小而增大,证明活性材料的比表面积大小直接决定了气体传感器的灵敏度。进一步,我们以宽度为10μm的线条构筑了氢气传感器,通过测试发现,具有高比表面积的纳米线有序阵列提供了大量的活性吸附位点,使得氢气传感器具有了较高的灵敏度和良好的循环稳定性,与文献报道的聚苯胺膜相比,其检测限下降了大约两个数量级,达到了100ppm以下。  3.将手性诱导与自组装技术相结合,成功制备了长度在20μm以上、具有清晰螺旋并且分散性较好的手性聚苯胺微米纤维。通过光谱和结构表征证明该微米纤维是由更细小的纳米纤维缠绕而成的,并且微米纤维与纳米纤维具有相同的分子堆积方式,其中π-π堆积沿着螺旋纳米纤维长轴的方向,聚苯胺分子平面垂直于长轴方向。随后我们以单根螺旋微米纤维为活性材料构筑了手性气体传感器,并对氨基己烷手性对映体及其外消旋体进行了检测,发现由于螺旋聚苯胺纤维具有特殊的手性结构,它在与不同手性的氨基己烷作用时响应灵敏度会出现明显差异—左旋纤维对S-(+)-氨基己烷更灵敏,而右旋纤维则对R-(-)-氨基己烷更灵敏,并且这种灵敏度差异随着浓度增加越来越显著。因此基于聚苯胺螺旋纤维的手性气体传感器提供了一种新型的手性识别途径,这种方法克服了传统手性识别手段(如色谱法)不能进行在线检测的缺点。  4.研究了n型小分子材料苝酰亚胺衍生物苝湾和侧链位置上吸电子取代基对其气敏性质的影响。首先我们以PTCDI-C12、PTCDI-Br2C12以及PTCDI-CN2C12的一维微米/纳米结构单晶为活性材料构建了气体传感器,通过研究它们对浓度为1%的氨气的响应发现,处于苝湾位置的强吸电子取代基CN可以极大地提高整个大π共轭体系的吸电子能力,从而增强了苝酰亚胺衍生物对弱还原性气体的检测能力,同时苝核上强吸电子基团的存在也提高了苝酰亚胺衍生物在空气中的稳定性。随后我们研究了PTCDI-Cl4C12和PTCDI-Cl4C4F7的微米/纳米单晶的气敏性质,发现这两种衍生物对肼蒸汽均具有非常高的响应灵敏度,在10ppm浓度下其电阻都下降了接近4个数量级。通过进一步降低肼蒸汽的浓度,我们发现具有全氟取代烷基侧链的苝酰亚胺衍生物PTCDI-Cl4C4F7具有更低的检测限,这说明强吸电子能力的侧链也可以在一定程度上影响整个共轭体系的LUMO能级,通过对两者的循环伏安特性研究也证实了这一观点。
其他文献
汾西矿业介休选煤厂是20世纪70年代投产的中央型选煤厂,其原料煤的进厂及产品销售的出厂计量全部依靠轨道衡。该厂共有5台GGT-100型静态机械式轨道衡,使用年限都在20年以上
李宏伟,陕西省铜川市汽车行业协会会长、铜川市宏祥驾校校长,一位专注于陈炉石发展、“痴石、爱石”的年轻企业家,人称“痴迷于陈炉石的驾校校长”。2016年8月,铜川市陈炉古
从原子分子水平表征催化剂的结构和性质并与其催化性能相关联,建立可靠的构效关系,以及表征反应过程中催化剂的变化及表面活性物种一直是催化研究的重点和难点。基于超高真空
请下载后查看,本文暂不支持在线获取查看简介。 Please download to view, this article does not support online access to view profile.
期刊
一、学习体会《语文课程标准》第三学段习作目标rn《语文课程标准》在第三学段提出了5条习作目标,其中:rn第一条明确了“为什么作文”的问题.写作是人们自我表达和相互交流的
酸枣仁为鼠李科枣属植物酸枣[ziziphphus jujubaMill var. Spinosa (Bunge) Huex H.F chou]的干燥成熟种仁,其主要有效成分为黄酮类化合物,具有补肝,宁心,敛汗,生津等作用。因此,对
请下载后查看,本文暂不支持在线获取查看简介。 Please download to view, this article does not support online access to view profile.
期刊
为了满足纸质信封生产自动化的要求,在分析交流伺服系统特点的基础上,设计了一种基于DSP的多交流伺服电机同步控制系统,该系统主要用于信封包装机。本系统以DSP作为控制核心,
本刊讯报道煤价狂跌产品积压不堪重负本刊讯报道煤价大幅度上扬时地方政府为减轻发电企业负担,设立了价格调节基金,吨煤征收35元,补助发电企业。眼下煤炭价格狂跌,调节基金却
通过在剧照中重新创造电影式体验,马特·亨利在他的新书《短篇叙事集》中讲述了美国20世纪六七十年代的狂野故事。他利用照片为我们展现了叙事的艺术以及他对美国文化的深久