SAW用功能膜材料SXFA的合成及表征方法研究

论文摘要

声表面波化学传感器（SAW chemical sensor）是一种用于现场实时检测的气敏传感器,可用于化学战剂、爆炸物的检测。涂敷在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,当敏感膜与被测气体发生作用时,将导致SAW传感器的相传播速度等性质发生改变,从而转换成频率变化并实现定量分析。用六氟丙酮与烯丙基甲基聚硅氧烷进行反应,生成了聚[甲基（4-羟基-4,4-双-三氟代甲基）-丁-1-烯基]-硅氧烷（SXFA）,由于取代基团的特殊性,使反应产物具有氢键酸性,而传统的爆炸物如:DNT,TNT等化学结构中都有氢键碱性存在,这就使SXFA与它们进行化学吸附成为可能。本文首先通过阴离子开环聚合的方法合成了不同分子量的烯丙基甲基聚硅氧烷,用红外光谱、GPC等方法进行了表征。然后将烯丙基甲基聚硅氧烷与六氟丙酮气体在不同条件下进行了反应,得到目标产物SXFA,并进行了红外、氟元素、羟基含量的表征。用溶剂蒸发法和旋涂法将聚合物涂敷在SAW基片表面。装配配气系统,用爆炸物二硝基甲苯（2,4-DNT）进行检测,精确测试在一定气体含量下SAW化学传感器对模拟气体的响应值。在合成SXFA过程中,考察了溶剂、反应时间、温度对产物的影响,根据表征结果对工艺条件进行筛选,确定了最佳反应条件。在吸附性检测中,讨论了溶液浓度及涂膜方法对响应值的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 化学传感器的用途
• 1.2 化学传感器种类及研究状况
• 1.2.1 化学传感器的种类
• 1.2.2 各类化学传感器的研究现状
• 1.2.3 各类化学传感器的比较
• 1.3 爆炸物检测SAW 传感器膜材料的选择
• 1.3.1 膜材料的基本特性
• 1.3.2 膜材料的吸收机理
• 1.4 聚硅氧烷的性质及合成机理
• 1.4.1 聚硅氧烷的物理和化学性质
• 1.4.2 聚硅氧烷的合成方法
• 1.4.3 阴离子开环法合成直链聚硅氧烷
• 1.4.4 聚硅氧烷与六氟丙酮反应
• 1.5 爆炸物检测SAW 传感器薄膜的吸附机理及制备
• 1.5.1 爆炸物特点及膜材料吸附机理
• 1.5.2 成膜方法
• 1.6 本文研究的意义
• 第二章 环状硅氧烷的合成与表征
• 2.1 环状硅氧烷的合成
• 2.1.1 实验流程
• 2.1.2 实验仪器及方法
• 2.2 环状硅氧烷的表征及结果讨论
• 2.2.1 环状硅氧烷的红外表征
• 2.2.2 对产物进行核磁共振分析
• 2.3 结论
• 第三章 阴离子开环聚合制备烯丙基甲基聚硅氧烷
• 3.1 实验内容
• 3.1.1 试剂纯化处理
• 3.1.2 实验仪器及方法
• 3.2 结果与表征
• 3.2.1 红外表征
• 3.2.2 烯丙基甲基聚硅氧烷的分子量表征
• 3.2.3 引发剂用量与分子量的关系
• 3.3 结论
• 第四章 SXFA 的合成与表征
• 4.1 实验药品及实验内容
• 4.1.1 实验药品
• 4.1.2 实验仪器及实验方法
• 4.2 SXFA 的表征
• 4.2.1 SXFA 的红外表征
• 4.2.2 氟元素含量的测定
• 4.2.3 羟基含量的测定
• 4.3 反应工艺条件的讨论
• 4.3.1 反应时间的讨论
• 4.3.2 反应温度的讨论
• 4.3.3 溶剂的讨论
• 4.4 结论
• 第五章 SXFA 膜材料的制备及吸附性能表征
• 5.1 SXFA 涂膜方法
• 5.1.1 溶剂蒸发沉积法
• 5.1.2 旋涂法
• 5.2 SXFA 吸附性能检测
• 5.2.1 配气系统
• 5.2.2 DNT 气体浓度的设计
• 5.2.3 吸附性检测实验过程
• 5.3 检测结果与讨论
• 5.3.1 两种涂膜方法的比较
• 5.3.2 羟基含量对吸附性能的影响
• 5.4 结论
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 建议与展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢