【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(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。利用納米材料的大比表面積、高反應(yīng)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(shù),是一個(gè)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(tuán)聚、溶解性較差的問題。這使得納米碳材料的實(shí)際比表面積大大低于其理論值,導(dǎo)致基于納米碳材料構(gòu)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(fù)合材料間的協(xié)同效應(yīng)、離子電導(dǎo)等相互作用機(jī)理,探討了它們在氣濕敏傳感中的應(yīng)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(fù)合溶液,在此基礎(chǔ)上以叉指電極為換能器,構(gòu)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(tuán)聚,增強(qiáng)了其在復(fù)合溶液中的分散性,從而增大復(fù)合材料GO/C60的實(shí)際比表面積,來提高GO/C60濕度傳感器的濕敏特性。測試結(jié)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(shí)提高了響應(yīng)靈敏度。這部分工作為以GO水溶液作為分散劑進(jìn)行的復(fù)合納米碳濕敏傳感器研究奠定了一定的基礎(chǔ)。(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(gòu)建了GO/MWCNT濕度傳感器。研究發(fā)現(xiàn)在基于三種敏感膜層(GO、MWCNTs和GO/MWCNT)構(gòu)建的傳感器中,GO/MWCNT傳感器具有最高的靈敏度。結(jié)合GO/MWCNT復(fù)合濕敏薄膜的微觀結(jié)構(gòu)特征,研究了GO/MWCNT復(fù)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(yīng)機(jī)制。(3)結(jié)合石英晶體微天平(QCM)測量技術(shù),利用敏感膜吸收水分子后的質(zhì)量改變以及膜層機(jī)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(jié)合阻抗測試和等效電路參數(shù)變化,分析了電極表面涂覆薄膜性質(zhì)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(jié)合敏感層PANI對氨氣的吸附作用,制備了一種新型雙層結(jié)構(gòu)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(yīng)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)和恢復(fù)特性。進(jìn)一步的復(fù)阻抗等效電路分析表明雙層結(jié)構(gòu)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(zhì)因數(shù)。這項(xiàng)研究為構(gòu)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(xué)博士研究生學(xué)位論文 第 1 章 緒 論究背景網(wǎng)技術(shù)結(jié)合了互聯(lián)網(wǎng)+、RFID 技術(shù)、通信技術(shù)和無線傳感技覆蓋范圍內(nèi)物體與物體、人與物體之間的信息交流。物聯(lián)網(wǎng)傳感器、信息、通訊、互聯(lián)網(wǎng)等眾多領(lǐng)域，，主要包括感知識(shí)理服務(wù)和綜合應(yīng)用四個(gè)層次。第一層感知識(shí)別層是物聯(lián)網(wǎng)的類繁多的傳感器、邏輯控制器和數(shù)據(jù)接口等。感知識(shí)別層可備中獲取數(shù)據(jù)的任務(wù)。

產(chǎn)的一些領(lǐng)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(chǎn)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(guān)系儀器能否正常使用作環(huán)境濕度的穩(wěn)定控制[9]。關(guān)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(guān)鍵因遇到的技術(shù)難題之一。當(dāng)濕度小于 60%時(shí)，膠片乳劑層化。當(dāng)濕度大于時(shí) 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(jī)械性能度恒定為 60%時(shí)，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(nèi)濕度需要穩(wěn)定在 60%。這就需器對檔案館內(nèi)環(huán)境濕度進(jìn)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(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP212

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本文編號(hào)：2638706