本文關鍵詞：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)代信息社會諸多領域中有著重要的應用,其相關研究一直受到廣泛關注。通過把敏感材料納米化和復合化,制備基于納米復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,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等檢測手段,表征了敏感材料的組成、結構和形貌特性。通過對比基于不同敏感材料的傳感器對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,完成了對應人工嗅覺系統(tǒng)的搭建,并將該人工嗅覺系統(tǒng)成功地應用在不同生長年限的人參鑒定、人參與西洋參定性鑒別以及人參與西洋參的摻假鑒定。具體研究內容和結論如下：(1)采用層層自組裝技術制備了聚苯胺/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構的氣敏敏感膜。通過對組裝過程的監(jiān)測、對敏感材料表征和對組裝層數(shù)進行優(yōu)化,發(fā)現(xiàn)自組裝技術可實現(xiàn)超薄敏感膜的制備。對比制備的新型傳感器的頻率信號和電阻信號,發(fā)現(xiàn)頻率信號的有效性遠優(yōu)于電導信號。分別檢測基于PANI/TiO2和PPy/Ti02敏感膜的QCM氣敏傳感器對不同濃度的氨氣、硫化氫、三甲胺和乙醇的氣敏響應,發(fā)現(xiàn)兩者對氨氣均具很高的靈敏性和選擇性,但對于硫化氫和三甲胺存在一定的交叉響應特性。將基于PANI/TiO2和PPy/TiO2敏感材料的QCM氣敏傳感器應用在幾種易腐爛食物(芒果、雞蛋和鯰魚肉)儲藏期時間的檢測,發(fā)現(xiàn)以上兩種傳感器能夠較好地區(qū)分被測食物的存儲時間。(2)研究了基于GO/TiO2敏感材料的QCM氣敏傳感器對氨氣和三甲胺響應特性,發(fā)現(xiàn)能夠實現(xiàn)對ppb級三甲胺氣體的檢測,且響應迅速、回復性好；研究了基于GO/Ti02敏感材料的QCM氣敏傳感器對7種低濃度有機揮發(fā)物(乙醛、乙醇、庚烷、異戊二烯、丙酮、三甲胺和乙苯)的氣敏響應特性,發(fā)現(xiàn)這類傳感器對烷烴類揮發(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。(3)通過對比以復合材料(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不同濃度下不同氣體的氣敏特性,發(fā)現(xiàn)基于復合材料的傳感器具有更好的氣敏特性。在上述研究基礎上選取性能較優(yōu)的4組,構建了基于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。結果發(fā)現(xiàn)：基于人工嗅覺系統(tǒng)的鑒別結果與基于GC-MS定性鑒別結果十分接近,驗證了基于不同納米材料修飾的QCM氣敏傳感器陣列和對應人工嗅覺系統(tǒng)的有效性和實用性。
【關鍵詞】：
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：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、意義和研究內容26-29
• 第二章 實驗內容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、雞蛋和魚肉的儲期時間監(jiān)測上的應用41-44
• 3.6 本章小結44-45
• 第四章 基于聚吡咯/二氧化鈦納米復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、雞蛋和魚肉的儲期監(jiān)測上的應用55-58
• 4.6 本章小結58-59
• 第五章 基于石墨烯/二氧化鈦納米復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氣敏傳感器對低濃度特征有機揮發(fā)氣體的響應特性66-68
• 5.5 本章小結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特性之間的對比69-73
• 6.2 傳感器陣列的優(yōu)化和氣室的設計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78-79
• 第七章 人工嗅覺系統(tǒng)在人參與西洋參鑒別上的應用79-98
• 7.1 實驗內容79-84
• 7.2 人工嗅覺系統(tǒng)在人參和西洋參區(qū)分上的應用84-89
• 7.3 電子鼻系統(tǒng)在人參摻假西洋參上的應用89-91
• 7.4 人工嗅覺系統(tǒng)在人參年限鑒別上的應用91-97
• 7.5 本章小結97-98
• 第八章 結論及展望98-101
• 8.1 全文總結98-99
• 8.2 論文主要創(chuàng)新點99-100
• 8.3 進一步研究展望100-101
• 參考文獻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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