發(fā)布時間：2018-01-28 23:03

  本文關(guān)鍵詞： 光子晶體 慢光子效應(yīng) 有機(jī)氣體 熒光傳感　出處：《延安大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)可經(jīng)呼吸道、皮膚、消化道等途徑進(jìn)入人體,對皮膚黏膜、呼吸道粘膜、眼結(jié)膜等有強烈的刺激作用,會對人體多個器官造成損傷,具有致畸致癌的作用,嚴(yán)重影響人體健康。因此,開發(fā)高效、快速、實時檢測易揮發(fā)有機(jī)污染物的傳感器對于人類健康和環(huán)境保護(hù)具有重要意義。本論文在反蛋白石光子晶體里填充或修飾功能分子,制備得到有機(jī)氣體敏感的光子晶體薄膜熒光傳感器。利用功能分子與被檢測物之間的相互專一作用,實現(xiàn)檢測的高選擇性;光子晶體慢光子效應(yīng)增強熒光的性質(zhì),提高熒光檢測的靈敏度;利用反蛋白石光子晶體的三維大孔結(jié)構(gòu)有利于氣體的擴(kuò)散及在孔壁的吸附,提高檢測速度,最終實現(xiàn)對有機(jī)氣體的高靈敏、高選擇性快速檢測。具體內(nèi)容如下:1.通過犧牲模板法制備了SiO_2反蛋白石光子晶體,在其孔隙中填充四苯基乙烯聚合物(TPEP),制得四氫呋喃蒸氣敏感的光子晶體薄膜熒光傳感器。所制傳感器在464 nm處發(fā)射熒光。通過選擇合適的光子晶體,熒光強度可以被光子晶體的慢光子效應(yīng)顯著增強。通過放大熒光強度,可提高檢測的靈敏度。傳感器在四氫呋喃氣體中發(fā)生熒光淬滅,這是因為TPEP是一種聚集誘導(dǎo)發(fā)光物質(zhì),在溶液體系中不發(fā)光或微弱發(fā)光,而在聚集態(tài)時會發(fā)射強光。當(dāng)將傳感器放置在四氫呋喃氣氛中2min后,即可快速觀察到熒光淬滅現(xiàn)象,這是由于反蛋白石光子晶體相互連接的大孔結(jié)構(gòu)以及大的比表面積有利于四氫呋喃氣體在孔中的快速擴(kuò)散及在孔壁的冷凝,TPEP溶于四氫呋喃,發(fā)生熒光淬滅。所制傳感器靈敏度高,檢測限為2 ppm。不同氣體中的測試證明該傳感器具有良好的選擇性。此外,所制傳感器置于空氣中可發(fā)生脫附,四氫呋喃揮發(fā),TPEP又從溶液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫奂瘧B(tài),熒光恢復(fù),這意味著所制傳感器可重復(fù)使用。因此,TPEP填充的光子晶體傳感器可用來高靈敏、高選擇性、快速并且可逆的檢測四氫呋喃。2.以4-氨基-3-戊烯-2-酮(Fluoral-p)填充的SiO_2反蛋白石光子晶體,制備了快速響應(yīng)、高靈敏、選擇性優(yōu)異并且可循環(huán)利用的檢測甲醛氣體的熒光薄膜傳感器。所制傳感器結(jié)合了反蛋白石光子晶體相互連通的大孔結(jié)構(gòu)、高比表面積、能夠增強熒光的慢光子效應(yīng)以及Fluoral-p與甲醛選擇性反應(yīng)生成熒光產(chǎn)物的性質(zhì)。暴露在甲醛氣體中20 s,可以明顯觀察到產(chǎn)生的熒光,其強度明顯增強。對于甲醛檢測,最佳傳感器產(chǎn)生的熒光增強相對于對照樣達(dá)到76.3倍。所制傳感器最低檢測限為0.008mg/m3且具有優(yōu)異的選擇性。另外,通過乙醇洗滌,然后再次填充Fluoral-p,傳感器可以很容易的回收再利用。因此,所設(shè)計的Fluoral-p填充的反蛋白石光子晶體可作為高效檢測甲醛氣體的熒光傳感器,這為提高響應(yīng)速率和檢測靈敏度提供了一種很有前景的方法。通過選擇合適的反蛋白石光子晶體和功能分子,使這種方法在其他氣體的檢測方面也具有潛在的應(yīng)用。3.制備了2,2':5',2''-三聯(lián)噻吩(3T-CHO)修飾的SiO_2反蛋白石光子晶體熒光傳感器用于甲醛氣體檢測。紫外光照射3T-CHO修飾的反蛋白石光子晶體,然后暴露于甲醛蒸氣中,20 s后即可在458 nm處觀察到熒光,且熒光強度隨著暴露時間的延長而增加,1800 s后熒光達(dá)到最大。熒光來自于甲醛分子與3T-CHO在紫外光作用下產(chǎn)生的光氧化產(chǎn)物形成物理復(fù)合物。結(jié)果表明該光子晶體薄膜在經(jīng)紫外光輻照后可用于快速檢測甲醛。所制反蛋白石光子晶體的大孔結(jié)構(gòu)有利于甲醛蒸氣的擴(kuò)散,其大的比表面積會提供更多的反應(yīng)位點。此外,光子晶體的慢光子效應(yīng)可以增強熒光。以上因素均有利于甲醛氣體的高效檢測。對照實驗表明該響應(yīng)是選擇性的,且所制傳感器置于空氣中后甲醛揮發(fā),薄膜的熒光又發(fā)生淬滅,表明該薄膜可重復(fù)使用。因此,所設(shè)計的3T-CHO修飾的反蛋白光子晶體可作為熒光傳感薄膜用于甲醛氣體的檢測,為開發(fā)光子晶體氣體傳感器提供了新的思路。
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【學(xué)位授予單位】：延安大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O657.3;TP212

【參考文獻(xiàn)】

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1 Priyanka Dwivedi;Saakshi Dhanekar;Samaresh Das;Sudhir Chandra;;Effect of TiO_2 Functionalization on Nano-Porous Silicon for Selective Alcohol Sensing at Room Temperature[J];Journal of Materials Science & Technology;2017年06期

2 王偉;高揚;陶強;劉英姿;張娟琨;;新型甲醛多孔硅復(fù)合傳感器的制備[J];分析化學(xué);2015年06期

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本文編號：1471793