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).pdf

1、氣敏傳感器在現(xiàn)代信息社會諸多領(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等檢測手段，表征了敏感材料的組成、結(jié)構(gòu)和形貌特性

2、。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(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(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

3、(GO/TiO2)等層層交替的具有納米結(jié)構(gòu)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(jìn)行優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)自組裝技術(shù)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(yuǎn)優(yōu)于電導(dǎo)信號。分別檢測基于PANI/TiO2和PPy/TiO2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(yīng)，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(yīng)特性。將基

4、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(yīng)特性，發(fā)現(xiàn)能夠?qū)崿F(xiàn)對ppb級三甲胺氣體的檢測，且響應(yīng)迅速、回復(fù)性好;研究了基于GO/TiO2敏感材料的QCM氣敏傳感器對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

5、甲胺和乙苯）的氣敏響應(yīng)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(yīng)。
　　(3)通過對比以復(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