论文题目: 有机复合膜与传感器的室温气敏性研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料物理与化学
作者: 马兴法
导师: 汪茫
关键词: 有机薄膜,快速响应,气敏性,室温恢复,原位制备,纳米结构
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 气敏材料与传感器已广泛用于电子鼻、电子舌等仿生系统的设计。在食品工业、环保检测、反恐、防恐、毒品检测、人类、动物一些疾病的早期预测和适时在线监控等方面具有重要的应用价值。研究高灵敏度、快速响应、重现性良好和室温可逆的有机薄膜传感器。同时,通过材料-工艺-器件性能的相关性研究,探讨有机膜的气敏规律性,用于指导新材料的设计和开发。对该领域的深入研究开发和材料与器件的推广应用具有重要的意义。 本文概述了有机气敏材料的研究进展,分析了影响气敏性的主要因素及改进措施。针对这些问题,从敏感材料和制备工艺入手,探讨了如何改善这些性能的有效途径。 研究了酞菁薄膜-非氧化性气体这一弱相互作用体系,比较了全氟代酞菁化合物对室温气敏性的影响。结果表明,氟取代明显改善了ZnPc对系列还原性气体(氨、三甲基胺、甲基胺和三乙基胺)的敏感性和选择性,对部分气体大幅度提高了其响应速度和灵敏度。其灵敏度可提高2-3个数量级。对卟啉类化合物及其全氟代衍生物电响应敏感性的考察结果表明,氟代显著改善了卟啉锌对氨的敏感性,响应速度提高了30倍以上。 为进一步提高有机薄膜的灵敏度和响应速度,对导电性聚合物进行了相应研究。基于导电聚合物的电导强烈依赖于掺杂和去掺杂,采用原位制备、自掺杂等方式,获得了快速响应、高灵敏的有机薄膜。其灵敏度和响应速度远远高于采用传统的旋涂方式获得的相应薄膜,其灵敏度提高了3-4个数量级。为进一步完善旋涂工艺,通过添加少量聚电解质诱导的方式,在保持较高敏感性和快速响应的前提下,改善了其成膜工艺。 通过添加少量的三氟化硼乙醚,利用分子间的相互作用降低噻吩的
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景
1.2 动物嗅觉感应系统与电子鼻(传感器阵列)感应系统
1.2.1 动物嗅觉感应系统
1.2.2 电子鼻(传感器阵列)感应系统
1.3 化学传感器用敏感材料
1.3.1 酞菁化合物及其衍生物化学传感器
1.3.2 卟啉类化合物
1.3.3 苝及其衍生物
1.3.4 金属氧化物
1.3.5 聚合物体系及导电性聚合物
1.4 课题的提出及意义
第2章 具有共轭Π电子体系有机膜的气敏性
2.1 氟代酞菁锌对非氧化性气体的室温敏感性和选择性
2.1.1 引言
2.1.2 实验部分
2.1.3 结果与讨论
2.2 氟代卟啉锌对系列有机氨室温响应电性能的影响
2.2.1 引言
2.2.2 结果与讨论
2.2.3 气敏机制的初步探讨
2.3 氟代苝酰亚胺对非氧化性气体的室温敏感性的影响
2.3.1 概述
2.3.2 结果与讨论
2.4 小结
第3章 导电性聚合物膜的室温气敏性
3.1 采用原位制备和自掺的方法制备聚苯胺有机复合膜
3.1.1 概述
3.1.2 实验部分
3.1.3 结果与讨论
3.1.4 机理初探
3.2 一步法制备高灵敏度的聚吡咯有机复合膜
3.3 聚噻吩复合膜的原位制备及其气敏性研究
3.3.1 概述
3.3.2 结果与讨论
3.4 导电聚合物成膜性的改进及复合膜气敏性研究
3.4.1 水溶性聚苯胺的制备及其气敏性研究
3.5 聚苯胺-TIO_2复合膜的制备及其气敏性
3.5.1 概述
3.5.2 实验部分
3.5.3 结果与讨论
3.6 小结
第4章 具有纳米结构导电性聚合物复合膜的制备及其气敏性研究
4.1 模板法制备具有纳米结构的导电性聚合物复合膜及其气敏性研究
4.1.1 以β沸石为模板制备聚苯胺及其复合膜的气敏性研究
4.1.2 调控分子筛中的Si／Al摩尔比改善聚苯胺复合膜的气敏性
4.2 非模板法制备纳米线结构的聚苯胺复合膜及其气敏性研究
4.2.1 概述
4.2.2 实验部分
4.2.3 结果与讨论
4.3 种子诱导法制备具有纳米结构导电性聚合物膜的气敏性
4.3.1 羧基化碳纳米管诱导具有纳米结构聚苯胺复合膜的形成及其气敏性研究
4.3.2 羧基化碳纳米管诱导具有纳米结构聚吡咯复合膜的形成及其气敏性研究
4.4 小结
第5章 结论与展望
5.1 主要结论与创新点
5.2 展望
参考文献
附录
附录一 主要原料和试剂
附录二 测试仪器及制样方法
附录三 气敏性能测试原理与性能评价
附录四 电极结构
附录五 传感器原型器件及电信号测量示意图
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
个人简历
发布时间: 2006-05-10
参考文献
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