本文關(guān)鍵詞：基于不同納米材料修飾的QCM氣敏傳感器的制備及人工嗅覺系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：氣敏傳感器在現(xiàn)代信息社會(huì)諸多領(lǐng)域中有著重要的應(yīng)用,其相關(guān)研究一直受到廣泛關(guān)注。通過把敏感材料納米化和復(fù)合化,制備基于納米復(fù)合敏感材料的新型氣敏傳感器是目前傳感器研究的重要方向。本文選用QCM晶片作為氣敏傳感器基底,采用靜電層層自組裝技術(shù),分別制備了基于聚苯胺/二氧化鈦、聚吡咯/二氧化鈦和石墨烯/二氧化鈦復(fù)合材料為敏感膜的QCM氣敏傳感器。采用FT-IR、UV-vis、SEM、TEM、XRD等檢測(cè)手段,表征了敏感材料的組成、結(jié)構(gòu)和形貌特性。通過對(duì)比基于不同敏感材料的傳感器對(duì)不同濃度下不同氣體的氣敏特性,篩選出具有較佳氣敏響應(yīng)特性的傳感器。組建了基于不同材料修飾的QCM氣敏傳感器陣列,完成了對(duì)應(yīng)人工嗅覺系統(tǒng)的搭建,并將該人工嗅覺系統(tǒng)成功地應(yīng)用在不同生長(zhǎng)年限的人參鑒定、人參與西洋參定性鑒別以及人參與西洋參的摻假鑒定。具體研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下：(1)采用層層自組裝技術(shù)制備了聚苯胺/二氧化鈦(PANI/TiO2)、聚吡咯/二氧化鈦(PPy/TiO2)和石墨烯/二氧化鈦(GO/TiO 2)等層層交替的具有納米結(jié)構(gòu)的氣敏敏感膜。通過對(duì)組裝過程的監(jiān)測(cè)、對(duì)敏感材料表征和對(duì)組裝層數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,發(fā)現(xiàn)自組裝技術(shù)可實(shí)現(xiàn)超薄敏感膜的制備。對(duì)比制備的新型傳感器的頻率信號(hào)和電阻信號(hào),發(fā)現(xiàn)頻率信號(hào)的有效性遠(yuǎn)優(yōu)于電導(dǎo)信號(hào)。分別檢測(cè)基于PANI/TiO2和PPy/Ti02敏感膜的QCM氣敏傳感器對(duì)不同濃度的氨氣、硫化氫、三甲胺和乙醇的氣敏響應(yīng),發(fā)現(xiàn)兩者對(duì)氨氣均具很高的靈敏性和選擇性,但對(duì)于硫化氫和三甲胺存在一定的交叉響應(yīng)特性。將基于PANI/TiO2和PPy/TiO2敏感材料的QCM氣敏傳感器應(yīng)用在幾種易腐爛食物(芒果、雞蛋和鯰魚肉)儲(chǔ)藏期時(shí)間的檢測(cè),發(fā)現(xiàn)以上兩種傳感器能夠較好地區(qū)分被測(cè)食物的存儲(chǔ)時(shí)間。(2)研究了基于GO/TiO2敏感材料的QCM氣敏傳感器對(duì)氨氣和三甲胺響應(yīng)特性,發(fā)現(xiàn)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)ppb級(jí)三甲胺氣體的檢測(cè),且響應(yīng)迅速、回復(fù)性好；研究了基于GO/Ti02敏感材料的QCM氣敏傳感器對(duì)7種低濃度有機(jī)揮發(fā)物(乙醛、乙醇、庚烷、異戊二烯、丙酮、三甲胺和乙苯)的氣敏響應(yīng)特性,發(fā)現(xiàn)這類傳感器對(duì)烷烴類揮發(fā)氣體最為敏感,其次是酮類和醛類,且呈現(xiàn)良好的線性響應(yīng)。(3)通過對(duì)比以復(fù)合材料(PANI/TiO2、PPy/TiO2、GO/TiO2)為敏感膜的QCM氣敏傳感器與單一材料(PANI、PPy、GO)為敏感膜的氣敏傳感器對(duì)不同濃度下不同氣體的氣敏特性,發(fā)現(xiàn)基于復(fù)合材料的傳感器具有更好的氣敏特性。在上述研究基礎(chǔ)上選取性能較優(yōu)的4組,構(gòu)建了基于4種不同納米敏感材料的QCM氣敏傳感器組成的嗅覺系統(tǒng)；并將該系統(tǒng)應(yīng)用于人參與西洋參區(qū)分鑒定、人參與西洋參摻假鑒別和人參年限鑒別。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：基于人工嗅覺系統(tǒng)的鑒別結(jié)果與基于GC-MS定性鑒別結(jié)果十分接近,驗(yàn)證了基于不同納米材料修飾的QCM氣敏傳感器陣列和對(duì)應(yīng)人工嗅覺系統(tǒng)的有效性和實(shí)用性。
【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP212
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 緒論13-29
• 1.1 研究背景13-14
• 1.2 氣敏傳感器技術(shù)14-19
• 1.3 納米材料修飾的QCM氣敏傳感器的概況19-22
• 1.4 層層自組裝22
• 1.5 人工嗅覺系統(tǒng)22-26
• 1.6 課題的目的、意義和研究?jī)?nèi)容26-29
• 第二章 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容29-33
• 2.1 氣敏材料的合成29-30
• 2.2 層層自組裝制備氣敏傳感器30-31
• 2.3 氣敏性能的測(cè)試31-32
• 2.4 分析與表征32-33
• 第三章 基于聚苯胺/二氧化鈦納米復(fù)合敏感膜的氣敏傳感器的制備33-45
• 3.1 原料與試劑33-34
• 3.2 氣敏材料的合成與表征34-37
• 3.3 基于PANI/TiO_2復(fù)合敏感膜的氣敏傳感器的制備37
• 3.4 氣敏傳感器的特性測(cè)試與性能研究37-41
• 3.5 PANI/TiO_2氣敏傳感器在芒果、雞蛋和魚肉的儲(chǔ)期時(shí)間監(jiān)測(cè)上的應(yīng)用41-44
• 3.6 本章小結(jié)44-45
• 第四章 基于聚吡咯/二氧化鈦納米復(fù)合敏感膜的氣敏傳感器的制備45-59
• 4.1 原料與試劑45-46
• 4.2 氣敏材料的合成與表征46-49
• 4.3 基于PPy/TiO_2復(fù)合敏感膜氣敏傳感器的制備過程49-51
• 4.4 基于PPy/TiO_2敏感膜的氣敏傳感器響應(yīng)特性與氣敏性能的研究51-55
• 4.5 基于PPy/TiO_2的氣敏傳感器在芒果、雞蛋和魚肉的儲(chǔ)期監(jiān)測(cè)上的應(yīng)用55-58
• 4.6 本章小結(jié)58-59
• 第五章 基于石墨烯/二氧化鈦納米復(fù)合敏感膜的氣敏傳感器的制備59-69
• 5.1 原料與試劑59-60
• 5.2 氣敏材料的制備和表征60-64
• 5.3 基于GO/TiO_2敏感膜的QCM氣敏傳感器的制備64-66
• 5.4 基于GO/TiO_2敏感膜的QCM氣敏傳感器對(duì)低濃度特征有機(jī)揮發(fā)氣體的響應(yīng)特性66-68
• 5.5 本章小結(jié)68-69
• 第六章 基于QCM氣敏傳感器陣列的人工嗅覺系統(tǒng)的搭建69-79
• 6.1 基于不同敏感材料的氣敏傳感器響應(yīng)特性之間的對(duì)比69-73
• 6.2 傳感器陣列的優(yōu)化和氣室的設(shè)計(jì)73-74
• 6.3 硬件系統(tǒng)74-78
• 6.4 軟件系統(tǒng)78
• 6.5 本章小結(jié)78-79
• 第七章 人工嗅覺系統(tǒng)在人參與西洋參鑒別上的應(yīng)用79-98
• 7.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容79-84
• 7.2 人工嗅覺系統(tǒng)在人參和西洋參區(qū)分上的應(yīng)用84-89
• 7.3 電子鼻系統(tǒng)在人參摻假西洋參上的應(yīng)用89-91
• 7.4 人工嗅覺系統(tǒng)在人參年限鑒別上的應(yīng)用91-97
• 7.5 本章小結(jié)97-98
• 第八章 結(jié)論及展望98-101
• 8.1 全文總結(jié)98-99
• 8.2 論文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)99-100
• 8.3 進(jìn)一步研究展望100-101
• 參考文獻(xiàn)101-114
• 研究生期間主要成果114-116
• 主要縮略語清單116-117
• 致謝117-

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