【摘要】：氣濕敏傳感器在公共安全、人類健康及環(huán)境監(jiān)測等領域具有廣泛的應用前景。利用納米材料的大比表面積、高反應活性等特性,增大對待測氣體或濕度的吸附能力,從而提高氣濕敏傳感器的靈敏度等參數,是一個重要的研究方向。一些納米材料(尤其是納米碳材料)在大部分溶劑中(水、乙醇等)存在易團聚、溶解性較差的問題。這使得納米碳材料的實際比表面積大大低于其理論值,導致基于納米碳材料構建的傳感器性能受限。氧化石墨烯(GO)是一種由碳原子組成的二維納米材料,具有大比表面積、在大部分水性溶劑中良好的可溶性和對納米碳材料的優(yōu)良分散性。本論文利用GO水溶液作為分散劑,研究了幾種納米碳材料在其中的分散性,分析了復合材料間的協(xié)同效應、離子電導等相互作用機理,探討了它們在氣濕敏傳感中的應用。論文的主要工作如下:(1)研究了氧化石墨烯(GO)對富勒烯(C60)的分散性,得到均勻分散的氧化石墨烯/富勒烯(GO/C60)復合溶液,在此基礎上以叉指電極為換能器,構建了氧化石墨烯/富勒烯(GO/C60)傳感器。本研究利用了GO和C60之間的相互作用來抑制C60的團聚,增強了其在復合溶液中的分散性,從而增大復合材料GO/C60的實際比表面積,來提高GO/C60濕度傳感器的濕敏特性。測試結果表明,與C60濕度傳感器相比,GO/C60濕度傳感器在保持較高穩(wěn)定性的同時提高了響應靈敏度。這部分工作為以GO水溶液作為分散劑進行的復合納米碳濕敏傳感器研究奠定了一定的基礎。(2)以氧化石墨烯(GO)水溶液為溶劑,考察了GO對多壁碳納米管(MWCNTs)的分散性并在叉指電極上構建了GO/MWCNT濕度傳感器。研究發(fā)現在基于三種敏感膜層(GO、MWCNTs和GO/MWCNT)構建的傳感器中,GO/MWCNT傳感器具有最高的靈敏度。結合GO/MWCNT復合濕敏薄膜的微觀結構特征,研究了GO/MWCNT復合濕敏薄膜中兩種材料之間存在的協(xié)同作用并解釋了傳感器的響應機制。(3)結合石英晶體微天平(QCM)測量技術,利用敏感膜吸收水分子后的質量改變以及膜層機械模量改變造成的頻率變化,提出了一種提高QCM濕度傳感器靈敏度的方法,制備了GO/MWCNT濕度傳感器。結合阻抗測試和等效電路參數變化,分析了電極表面涂覆薄膜性質改變對傳感器特性的影響。(4)提出將高彈性模量GO層作為QCM電極隔離層的方法,結合敏感層PANI對氨氣的吸附作用,制備了一種新型雙層結構GO-PANI薄膜修飾的高穩(wěn)定度QCM氨氣傳感器。通過掃描頻率和振蕩電路法分別研究了GO修飾QCM氨氣傳感器的靈敏度響應、動態(tài)響應和恢復特性。進一步的復阻抗等效電路分析表明雙層結構GO-PANI薄膜修飾的QCM在氨氣濃度變化過程中能保持較高的品質因數。這項研究為構建高穩(wěn)定度的QCM氨氣傳感器提供了新思路。
【圖文】：

西南交通大學博士研究生學位論文 第 1 章 緒 論究背景網技術結合了互聯網+、RFID 技術、通信技術和無線傳感技覆蓋范圍內物體與物體、人與物體之間的信息交流。物聯網傳感器、信息、通訊、互聯網等眾多領域，，主要包括感知識理服務和綜合應用四個層次。第一層感知識別層是物聯網的類繁多的傳感器、邏輯控制器和數據接口等。感知識別層可備中獲取數據的任務。

產的一些領域，如干燥食品業(yè)、木材和紙張加工業(yè)等都，需要精確控制生產加工的濕度區(qū)間[8]；在醫(yī)療行業(yè)，用壽命也是重要的工作。其中，關系儀器能否正常使用作環(huán)境濕度的穩(wěn)定控制[9]。關于高穩(wěn)定性濕度探測的一素酯膠片檔案保存。在我國的中央檔案館、國家圖書館藏有大量以膠片為載體的電影膠片、航拍片等感光膠片片檔案保存環(huán)境的溫濕度是影響膠片長期保存的關鍵因遇到的技術難題之一。當濕度小于 60%時，膠片乳劑層化。當濕度大于時 60%，膠片影像層乳劑層逐漸變色，：表面粗糙度增大，光澤度降低，膠片片基層機械性能度恒定為 60%時，膠片含濕量最低。為了給醋酸纖維素對良好的保存環(huán)境，室內濕度需要穩(wěn)定在 60%。這就需器對檔案館內環(huán)境濕度進行監(jiān)控，避免傳感器穩(wěn)定性改，以保存好這類珍貴的膠片檔案。
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TP212

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本文編號：2638706