基于ZnS納米材料的熒光猝滅型氣敏傳感器研究.pdf

1、工業(yè)生產(chǎn)和生活排放大量廢氣導(dǎo)致了環(huán)境污染，如臭氧層破壞、酸雨、溫室效應(yīng)等。隨著人類(lèi)的安全和健康意識(shí)的提高，對(duì)家庭和各種生產(chǎn)、生活場(chǎng)所的易燃易爆氣體,有毒有害氣體的監(jiān)測(cè)迫在眉睫，以此達(dá)到防止安全事故發(fā)生的目的。目前危害環(huán)境及人類(lèi)安全的一大殺手硫類(lèi)化合物如H2S，SO2等得到普遍關(guān)注，尋找一種高性價(jià)比、高靈敏度、便攜式半導(dǎo)體氣體傳感器檢測(cè)這類(lèi)有毒有害氣體成為新的研究方向。半導(dǎo)體納米敏感材料因其具備的諸多優(yōu)勢(shì)迅速成為在易燃易爆環(huán)境中檢測(cè)有毒有

2、害氣體的主力軍。ZnS作為一種寬禁帶半導(dǎo)體材料，在數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、氣敏傳感器以及紫外光敏感涂層器械領(lǐng)域都有很好的前景。超聲輔助水熱/溶劑熱法能夠制備出高質(zhì)量的ZnS納米材料，輔助摻雜微量稀土Eu元素能夠提升其熒光發(fā)射性能，結(jié)合光纖氣體傳感器原理應(yīng)用熒光猝滅機(jī)制可以實(shí)現(xiàn)對(duì)H2S，CO，NH3，酒精等多種可燃性氣體的檢測(cè)。本論文設(shè)計(jì)的ZnS基熒光猝滅型光纖氣體傳感器系統(tǒng)具有穩(wěn)定性強(qiáng)，響應(yīng)快，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可以用于檢測(cè)易燃易爆環(huán)境中

3、的有毒有害氣體，并滿足新一代氣體傳感器現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的要求。
　　本研究建立了傳感器工作原理與數(shù)學(xué)模型，對(duì)熒光猝滅型氣體傳感器的光學(xué)系統(tǒng)、敏感元件及其工作原理進(jìn)行了分析，建立了基于激發(fā)/猝滅特性非均勻分布的熒光猝滅型氣體傳感器數(shù)學(xué)模型。研究了硫化鋅納米材料的合成機(jī)制，并通過(guò)超聲輔助水熱/溶劑熱法制備了納米結(jié)構(gòu)ZnS材料，摻雜稀土Eu元素在很大程度上提升了納米硫化鋅的發(fā)光性能，該研究結(jié)果為基于ZnS:Eu2+敏感元件傳感器設(shè)計(jì)與制作奠

4、定了理論基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)并制作了一種基于 ZnS納米敏感材料的熒光猝滅型光纖氣體傳感元件，以用于氣體檢測(cè)，同時(shí)設(shè)計(jì)了以敏感元件為基礎(chǔ)的自制簡(jiǎn)易氣室。參考熒光猝滅型光纖傳感系統(tǒng)理論模型的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了以StellarNet公司生產(chǎn)的Blue-Wave(VIS25)微型光纖光譜儀、兩路混氣儀、鐵架臺(tái)、簡(jiǎn)易氣室、敏感元件等搭建硫化鋅納米材料的熒光猝滅型氣體傳感系統(tǒng)，并用電腦以及相應(yīng)軟件（SpectraWiz Software）等搭建實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)。制