znfe2o4摻雜sno2復(fù)合薄膜光波導(dǎo)元件及其氣敏性研究

1、<p>　　新疆大學(xué)畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))</p><p>　　題 目： ZnFe2O4摻雜SnO2復(fù)合薄膜光波導(dǎo)元件及其氣敏性研究</p><p>　　所屬院系： 化學(xué)與化工學(xué)院 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本文利用溶膠-凝膠法合成出ZnFe2O4摻雜SnO2的

2、溶膠，并作為敏感試劑，制備了ZnFe2O4-SnO4薄膜/錫摻雜玻璃光波導(dǎo)元件，對(duì)揮發(fā)性有機(jī)氣體進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果表明，ZnFe2O4-SnO4薄膜/錫摻雜玻璃光波導(dǎo)傳感元件對(duì)二甲苯氣體有較好的選擇性響應(yīng)，能夠檢測(cè)體積比為1×10-4二甲苯蒸汽。本傳感器具有靈敏度高、重現(xiàn)性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和易制作等特點(diǎn)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：光波導(dǎo)氣敏元件；二氧化錫摻雜鐵酸鋅復(fù)合薄膜；氣敏性；</p>&

3、lt;p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要3</b></p><p><b>　　目 錄4</b></p><p><b>　　1.引言1</b></p><p>　　1.1研究目的與意義1</p>

4、<p>　　1.1.1研究意義1</p><p>　　1.1.2 研究目的2</p><p>　　1.1.3 鐵酸鋅的目前應(yīng)用2</p><p>　　1.2傳感器的介紹2</p><p>　　1.2.1 傳感器的定義2</p><p>　　1.2.2 傳感器的分類(lèi)3</p><

5、p>　　1.2.3 傳感器的特點(diǎn)3</p><p>　　1.2.4 化學(xué)傳感器的介紹3</p><p>　　1.2.5 氣體傳感器及其分類(lèi)3</p><p>　　1．3 光波導(dǎo)氣體傳感器3</p><p>　　1.3.1 光波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)4</p><p>　　1.3.2 光波導(dǎo)的分類(lèi)5</p>

6、;<p>　　1.3.3 光波導(dǎo)傳感器的工作原理5</p><p><b>　　2 實(shí)驗(yàn)部分7</b></p><p>　　2.1 實(shí)驗(yàn)藥品和儀器7</p><p>　　2.1.1主要藥品7</p><p>　　2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器8</p><p>　　2.2 溶膠-凝膠

7、法的簡(jiǎn)介8</p><p>　　2.3 ZnFe2O4-SnO4的合成 [10]9</p><p>　　2.4 敏感層的制備9</p><p>　　2.5 導(dǎo)波光的觀察10</p><p>　　2.6 制備揮發(fā)性有機(jī)氣體10</p><p>　　3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論11</p><p>

8、　　3.1制備薄膜時(shí)的勻膠機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇11</p><p>　　3.2 Zn摻雜LiFePO4薄膜敏感元件對(duì)不同溫度下敏感膜的透光率11</p><p>　　3.3 敏感元件對(duì)不同氣體的選擇性12</p><p>　　3.4 Zn摻雜LiFePO4薄膜敏感元件對(duì)不同濃度的二甲苯蒸汽的響應(yīng)14</p><p><b>　　結(jié)

9、論15</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)16</b></p><p><b>　　附 錄17</b></p><p><b>　　致 謝18</b></p><p><b>　　1.引言</b></p><

10、;p>　　1.1研究目的與意義</p><p><b>　　1.1.1研究意義</b></p><p>　　環(huán)境污染目前是在全球范圍內(nèi)廣受關(guān)注的問(wèn)題，同時(shí)揮發(fā)性有機(jī)物廣泛應(yīng)用于染料、藥物、塑料、橡膠、室內(nèi)裝修等行業(yè)，與人們的日常工作、生活有著密切的關(guān)系。[1]由于它們的毒性較強(qiáng)，即使在很低濃度下也會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害。</p><p>　　揮

11、發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）多指沸點(diǎn)在50-250的化合物，按其化學(xué)機(jī)構(gòu)的不同，要以進(jìn)一步分為八類(lèi)：烷類(lèi)，芳烴類(lèi)，烯類(lèi)，鹵烴類(lèi)，醛類(lèi)，酮類(lèi)和其他類(lèi)。非工業(yè)性的室內(nèi)環(huán)境中，可以見(jiàn)到50-300種揮發(fā)性有機(jī)化合物。它們都以微量和衡量水平出現(xiàn)。VOC能引起機(jī)體免疫水平失調(diào)，影響中神經(jīng)系統(tǒng)功能，出現(xiàn)頭暈，頭疼，瞌睡，無(wú)力，胸悶等自覺(jué)癥狀；還可能影響消化系統(tǒng)，出現(xiàn)食欲不振，惡心等，嚴(yán)重時(shí)可損傷肝臟和造血系統(tǒng)，出現(xiàn)神經(jīng)毒性作用。隨著工業(yè)的發(fā)展,工業(yè)生產(chǎn)

12、中使用的氣體原料和在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的氣體種類(lèi)和數(shù)量越來(lái)越多，近年來(lái)對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物(VOC)尤其是芳香族化合物的監(jiān)測(cè)越來(lái)越受到人們的關(guān)注。隨著人們生活水平的提高，對(duì)揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)的檢測(cè)日益受到人們的關(guān)注。許多室內(nèi)裝飾裝修材料、建筑材料、家具中均含有苯系物和甲醛等有毒物質(zhì)，它們有揮發(fā)濃度低、毒性大等特點(diǎn)。這些有害物質(zhì)在室內(nèi)釋放造成空氣污染，室內(nèi)人群過(guò)多暴露于這類(lèi)污染空氣中身體健康會(huì)受到嚴(yán)重?fù)p害，尤其對(duì)孕婦和兒童危害更大。<

13、/p><p>　　這些有害氣體的排放越來(lái)越多且嚴(yán)重危害著人們的正常工作和生存發(fā)展，破壞了正常的生態(tài)平衡。這些問(wèn)題讓人們提高警惕更加關(guān)注和進(jìn)一步觀察污染來(lái)源和污染原因、采取有效的方法來(lái)及時(shí)減輕和控制，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)污染源進(jìn)行檢測(cè)。 近年來(lái)，維減輕環(huán)境污染，人們對(duì)如何減少燃燒過(guò)程中所釋放的有害氣體越來(lái)越關(guān)注。[2]</p><p>　　隨著環(huán)保意識(shí)深入人心，各國(guó)都投巨資進(jìn)行氣體傳感器的研究。隨著研究的深

14、入，新理論，新方法不斷涌現(xiàn)使傳感器的研究得到了空間的發(fā)展。</p><p>　　傳感器技術(shù)是信息科學(xué)的三大技術(shù)之一，是信息獲取的主要手段，它是綜合了物理學(xué)，化學(xué)，生物工程，微電子學(xué)，材料科學(xué)，精密機(jī)械，微細(xì)加工和實(shí)驗(yàn)測(cè)量等方面的知識(shí)和技術(shù)而形成的一門(mén)科學(xué)。</p><p>　　1.1.2 研究目的</p><p>　　1．采用溶膠-凝膠法在（400℃,450℃,50

15、0℃）下，制備研制ZnFe2O4摻雜SnO2復(fù)合 薄膜。</p><p>　　2.研制ZnFe2O4摻雜SnO2薄膜/錫摻雜玻璃光波導(dǎo)傳感器。</p><p>　　3.對(duì)揮發(fā)性有機(jī)氣體進(jìn)行檢測(cè)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。</p><p>　　1.1.3 鐵酸鋅的目前應(yīng)用 </p><p>　　它的應(yīng)用范圍很大，大型電動(dòng)車(chē)輛，輕型電動(dòng)車(chē)，電

16、動(dòng)工具，太陽(yáng)能及風(fēng)力發(fā)電的儲(chǔ)能設(shè)備，警示燈及應(yīng)急燈，小型醫(yī)療儀器設(shè)備及攜帶式儀器等。特別是隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)及人們消耗水平與消耗觀念的改變，其巨大的消耗市場(chǎng)正在逐漸形成，人們迫切需求高能，廉價(jià)，環(huán)保，安全，乃能的化學(xué)電源材料，以滿(mǎn)足市場(chǎng)的不斷需求。而目前我國(guó)在鋰離子電池用磷酸亞鐵鋰材料的研究開(kāi)發(fā)領(lǐng)域均屬于起步階段，規(guī)?；墓I(yè)生產(chǎn)線(xiàn)尚不成熟，可見(jiàn)其市場(chǎng)前景很好。</p><p><b>　　1.2傳

17、感器的介紹</b></p><p>　　傳感器具有靈敏度高，響應(yīng)快，易微型化，可連續(xù)性在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，抗電磁干擾，電絕緣性好，成本低等諸多特點(diǎn)，在環(huán)境監(jiān)測(cè)，工業(yè)過(guò)程控制，生化檢測(cè)和國(guó)土安全等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用前景。</p><p>　　1.2.1 傳感器的定義</p><p>　　國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 7665-87對(duì)傳感器下的定義是: “ 能夠感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一

18、定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置, 通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。其中,敏感元件( Sensing Element ) 是指?jìng)鞲衅髦心苤苯痈惺芑蝽憫?yīng)被測(cè)量（輸入量）的部分; 轉(zhuǎn)換元件( Transduction Element) 是指?jìng)鞲衅髦心軐⒚舾性惺艿幕蝽憫?yīng)的被探測(cè)量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測(cè)量的電信號(hào)的部分。[3]</p><p>　　圖1 傳感器的流程圖</p><p>　　1

19、.2.2 傳感器的分類(lèi) </p><p>　　根據(jù)傳感器測(cè)量的分類(lèi)，傳感器按其基本效應(yīng)可分為物理傳感器和化學(xué)傳感器兩大類(lèi)[4]。</p><p><b>　　物理傳感器</b></p><p>　　傳感器 氣體傳感器</p><p>　　化學(xué)傳感器 離子傳感器&l

20、t;/p><p><b>　　濕度傳感器</b></p><p>　　圖2 傳感器的分類(lèi)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　1.2.3 傳感器的特點(diǎn)</p><p>　　傳感器具有攜帶方便，響應(yīng)快，靈敏度高，易微型化，能用于現(xiàn)場(chǎng)分析和監(jiān)控，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在常溫下操作等特點(diǎn)。</p><p>　　1.2.4 化學(xué)

21、傳感器的介紹</p><p>　　對(duì)各種化學(xué)物質(zhì)敏感并將其濃度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的儀器。對(duì)比于人的感覺(jué)器官，化學(xué)傳感器大體對(duì)應(yīng)于人的嗅覺(jué)和味覺(jué)器官。但并不是單純的人器官的模擬，還能感受人的器官不能感受的某些物質(zhì)，如H2、CO。</p><p>　　1.2.5 氣體傳感器及其分類(lèi)</p><p>　　氣體傳感器是一種將某種氣體體積分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)電信號(hào)的轉(zhuǎn)換器。探測(cè)頭

22、通過(guò)氣體傳感器對(duì)氣體樣品進(jìn)行調(diào)理，通常包括濾除雜質(zhì)和干擾氣體、干燥或制冷處理儀表顯示部分。</p><p>　　氣體傳感器通常以氣敏特性來(lái)分類(lèi)，主要分為：半導(dǎo)體型氣體傳感器，電化學(xué)型氣體傳感器，固體電解質(zhì)氣體傳感器，接觸燃燒式氣體傳感器，光化學(xué)型氣體傳感器高分子氣體傳感器等。[5]</p><p>　　1．3 光波導(dǎo)氣體傳感器</p><p>　　光波導(dǎo)氣體傳感器主

23、要是由在表面均勻覆蓋一層固態(tài)燃料膜的毛細(xì)波導(dǎo)管構(gòu)成。[6]光波導(dǎo)氣體傳感器都是基于倏逝逝波原理,原因是倏逝波為介質(zhì)光波導(dǎo)的固有特征，它對(duì)光波導(dǎo)材料本身沒(méi)有任何特殊性質(zhì)的要求，也不會(huì)產(chǎn)生任何負(fù)面效應(yīng)，同時(shí)還具有無(wú)源、靈敏度高體積小、抗電磁干擾、便于集成，簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　1.3.1 光波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)</p><p>　　光波導(dǎo)是由基板(下包層)，導(dǎo)波層和包層所組成，三層中導(dǎo)

24、波層的折射率是最大在導(dǎo)波層中光傳播必nf>ns≥nc條件。光波導(dǎo)應(yīng)用到化學(xué)傳感器時(shí)，在導(dǎo)波層與包層的接面上固定一種特殊的敏感層。敏感層是把化學(xué)變化改成光學(xué)信號(hào)的部分。敏感層是選擇性地與被測(cè)物質(zhì)相互作用而變色或折射率，厚度等發(fā)生變化。光波導(dǎo)是由基板(下包層)，導(dǎo)波層和包層所組成。三層中導(dǎo)波層的折射率是最大[7] （如圖3所示）。在導(dǎo)波層中光的傳播必有nf>ns＞nc條件。光在導(dǎo)波層內(nèi)發(fā)生全反射，形成導(dǎo)模時(shí)，光波不是絕對(duì)地在界面

25、上被全部反射回導(dǎo)波層，而是透入包層和基板很薄的一層表面(約一個(gè)波長(zhǎng))，并沿界面?zhèn)鞑ヒ欢尉嚯x(Goos-Hänchen位移，波長(zhǎng)量級(jí))，最后返回導(dǎo)波層。透入包層和基板的這個(gè)波，稱(chēng)為倏逝波（消逝波，穩(wěn)失波）。光以倐逝波的形式進(jìn)入到敏感層內(nèi)（如圖4所示）。</p><p>　　1.3.2 光波導(dǎo)的分類(lèi)</p><p>　　根據(jù)光波導(dǎo)傳感器的倏逝波（消失波）場(chǎng)強(qiáng)增強(qiáng)的機(jī)制不同，目前的光波

26、導(dǎo)化學(xué)傳感器主要分為表面等離子體共振型光波導(dǎo)傳感器，平面薄膜光波導(dǎo)傳感器，光柵光波導(dǎo)傳感器等三大類(lèi)。[8]</p><p>　　表面等離子體共振型光波導(dǎo)傳感器</p><p>　　光波導(dǎo) 平面薄膜光波導(dǎo)傳感器</p><p><b>　　光柵光波導(dǎo)傳感器</b></p><p>　　圖5 光波導(dǎo)的分類(lèi)結(jié)

27、構(gòu)圖</p><p>　　1.3.3 光波導(dǎo)傳感器的工作原理</p><p>　　將光源激發(fā)出來(lái)的激光利用棱鏡耦合法輸入導(dǎo)波層內(nèi)。光在導(dǎo)波層內(nèi)傳播過(guò)程中以倏逝波方式進(jìn)入敏感層，然后傳播到另一個(gè)棱鏡時(shí)輸出。由棱鏡輸出的光信號(hào)被光電倍增管檢測(cè)并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，最后用計(jì)算機(jī)記錄輸出光強(qiáng)度隨時(shí)間的變化。 一定流量的氮?dú)猓ㄝd氣）不停流動(dòng)此時(shí)計(jì)算機(jī)顯出的輸出光強(qiáng)度不發(fā)生變化。用注射器注入一定濃度的被測(cè)氣

28、體以后，氮?dú)廨d流該氣體進(jìn)入流動(dòng)池內(nèi)，敏感試劑與被測(cè)氣體相互接觸以后敏感薄膜的光學(xué)特性的變化會(huì)引致輸出光強(qiáng)度的變化。</p><p>　　在光波導(dǎo)傳感器中被測(cè)氣體與敏感層作用后，改變了敏感膜的光吸收系數(shù)a</p><p>　　或折射率n，即吸收系數(shù)和折射率都是被測(cè)氣體濃度的函數(shù)，用α(c)和n(c)表示。光波導(dǎo)傳感器中透射光強(qiáng)（信號(hào)）I為 </p>

29、<p>　　I= I0(1- αNde)上式中，I0為入射光強(qiáng)度；N是光波在長(zhǎng)度為L(zhǎng)的波導(dǎo)上從每個(gè)表面反射的次數(shù)（N=L／2dtgθγ，d是波導(dǎo)的厚度）；de是光線(xiàn)在敏感膜內(nèi)的實(shí)際路徑長(zhǎng)度（de=2df／cosθγ，df是膜的實(shí)際厚度）。 所以，光波導(dǎo)元件對(duì)導(dǎo)波層薄膜表面的折射率(n)、透光率(α)及厚度(df)等的變化非常敏感。</p><p>　　為了使待測(cè)氣體與敏感層充分接觸，采用體積

30、為2cm×1cm×1cm的流動(dòng)池，在本實(shí)驗(yàn)中干燥空氣流入到流動(dòng)池的速度控制在40cm3/min。利用棱鏡耦合法激勵(lì)導(dǎo)波光，為了能使棱鏡緊貼于玻璃光波導(dǎo)，在交界面滴入折射率為1.74的二碘甲烷液體(棱鏡的折射率為1.78)。將波長(zhǎng)為630-680nm的半導(dǎo)體激光通過(guò)第一個(gè)玻璃棱鏡輸入到玻璃光波導(dǎo)，從第二個(gè)棱鏡輸出導(dǎo)波光，通過(guò)光電倍增管檢測(cè)輸出光強(qiáng)度并用電腦（記錄儀）記錄光強(qiáng)度隨時(shí)間的變化數(shù)據(jù)。整個(gè)步聚在室溫下進(jìn)行。當(dāng)一

31、定濃度的蒸汽流進(jìn)時(shí)，輸出光的強(qiáng)度發(fā)生變化，通過(guò)檢測(cè)此變化可以得到氣體的濃度有關(guān)的信息。</p><p>　　圖6光波導(dǎo)傳感元件檢測(cè)系統(tǒng)圖</p><p><b>　　2 實(shí)驗(yàn)部分</b></p><p>　　2.1 實(shí)驗(yàn)藥品和儀器</p><p><b>　　2.1.1主要藥品</b></p&

32、gt;<p><b>　　表1 實(shí)驗(yàn)所用藥品</b></p><p>　　2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器</p><p>　　表2 實(shí)驗(yàn)所用儀器與設(shè)備</p><p>　　2.2 溶膠-凝膠法的簡(jiǎn)介</p><p>　　水熱合成法是利用高溫高壓的水溶液使那些在大氣條件下不容或難容的物質(zhì)溶解，或反應(yīng)生成該物質(zhì)的溶解產(chǎn)物

33、，通過(guò)控制高壓釜內(nèi)溶液的溫差使產(chǎn)生對(duì)流以形成過(guò)飽和狀態(tài)而析出生長(zhǎng)晶體的方法。水熱合成法是在密閉體系中,以水為溶劑,在一定溫度和水的自生壓強(qiáng)下,原始混合物進(jìn)行反應(yīng)的一種合成方法。由于反應(yīng)在高溫、高壓、水熱條件下,水處于臨界狀態(tài),反應(yīng)物質(zhì)在水中的物性與化學(xué)反應(yīng)性能發(fā)生了很大變化,而不同于一般制備方法,成為一種制備超細(xì)粉體的濕化學(xué)方法,受到研究人員重視。此法能直接制得結(jié)晶完好,原始粒度小、分布均勻,團(tuán)聚少的納米ZnO粉體,制備工藝相對(duì)簡(jiǎn)單,無(wú)

34、需煅燒處理。但是高溫高壓下的合成設(shè)備較貴,投資較大[9]。</p><p>　　水熱法生產(chǎn)的特點(diǎn)是粒子純度高、分散性好、晶形好且可控制,生產(chǎn)成本低。用水熱法制備的粉體一般無(wú)需燒結(jié),這就可以避免在燒結(jié)過(guò)程中晶粒會(huì)長(zhǎng)大而且雜質(zhì)容易混入等缺點(diǎn)。影響水熱合成的因素有:溫度的高低、升溫速度、攪拌速度以及反應(yīng)時(shí)間等。</p><p>　　2.3 LiFe0.99Zn0.01PO4 粉末的合成 [10

35、]</p><p>　　LiFePO4 粉末：FeSO4 .7H2O,H3PO4及LiOH .H20按1:1:3的摩爾比混合，將混合物移到水熱反應(yīng)釜中，在150℃下保溫發(fā)硬15h。自然冷卻后，收集反應(yīng)釜中的固體粉末，經(jīng)多次洗滌過(guò)濾后，在120℃下真空干燥1h，并進(jìn)行表征。</p><p>　　2.4 敏感層的制備</p><p>　　圖7 Zn摻雜LiFePO4粉末

36、的合成圖</p><p>　　2.5 導(dǎo)波光的觀察</p><p>　　制備的光波導(dǎo)元件用乙醇擦干凈后固定在特制的光學(xué)微調(diào)架上，用棱鏡耦合法，He-Ne激光(632nm)錫摻雜玻璃光波導(dǎo)元件并用另一個(gè)棱鏡輸出（導(dǎo)出）導(dǎo)波光。為了使棱鏡緊貼于玻璃光波導(dǎo)，其交接面上滴入折射率為1.74的二碘鉀烷液體。</p><p>　　將激光輸入到錫摻雜玻璃光波導(dǎo)元件上,并用另一個(gè)棱

37、鏡輸出導(dǎo)波光。此時(shí)屏幕(白紙)上會(huì)出現(xiàn)類(lèi)似于十字形中心特亮的光點(diǎn)。如果改變?nèi)肷涔饨嵌龋咙c(diǎn)(在左右)立即消失。亮點(diǎn)出現(xiàn)的位置不會(huì)改變。當(dāng)導(dǎo)波光出現(xiàn)時(shí)兩個(gè)棱鏡之間出現(xiàn)的光線(xiàn)為直線(xiàn)，這就是導(dǎo)波光。</p><p>　　2.6 制備揮發(fā)性有機(jī)氣體</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)所測(cè)定的苯、甲苯、二甲苯、氯苯、苯乙烯、三氯乙烯、四氯乙烯、二氯甲烷、三氯甲烷和1,2-二氯乙烷是易揮發(fā)液體、因此取一定量該

38、種液體放入600ml的瓶子里、待3個(gè)小時(shí)讓它自然蒸發(fā)完全。用注射器從瓶子抽取20ml氣體注入固定在檢測(cè)系統(tǒng)上的敏感層表面進(jìn)行檢測(cè)。</p><p>　　表3為各種氣體的稀釋參數(shù)(單位：L)</p><p><b>　　3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論</b></p><p>　　3.1制備薄膜時(shí)的勻膠機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇</p><p>　　表

39、4 制備薄膜時(shí)勻膠機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇</p><p>　　3.2 Zn摻雜LiFePO4薄膜敏感元件對(duì)不同溫度下敏感膜的透光率</p><p>　　圖8 Zn摻雜LiFePO4薄膜/錫摻雜玻璃光波導(dǎo)敏感元件對(duì)不同溫度下敏感膜的透射率變化</p><p>　　由圖8可知該敏感膜在不同溫度,（450℃，300℃，150℃）下進(jìn)行熱處理后，敏感膜的透射率減少（吸光度增

40、大）。敏感膜透射率(吸光度)的微小變化，在光波導(dǎo)測(cè)試系統(tǒng)中將會(huì)導(dǎo)致輸出光強(qiáng)度的很大的變化。</p><p>　　3.3 敏感元件對(duì)不同氣體的選擇性</p><p>　　所研制的Zn摻雜LiFePO4薄膜/錫摻雜玻璃光波導(dǎo)元件固定在圖4所示的檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)相同濃度的不同氣體進(jìn)行檢測(cè)，其結(jié)果如圖9所示。由圖可知，當(dāng)敏感元件在150℃下，用干燥空氣流入到流動(dòng)池內(nèi)時(shí)，輸出光強(qiáng)度不發(fā)生變化；被測(cè)氣體入

41、到流動(dòng)池內(nèi)時(shí)，輸出光強(qiáng)度減弱，輸入不同氣體時(shí)，輸出光強(qiáng)度的變化也不同，在14種氣體中對(duì)二甲苯的響應(yīng)較高，還對(duì)苯乙烯及氯苯及也有一定的響應(yīng)。</p><p>　　圖9 在150℃下Zn摻雜LiFePO4薄膜/錫摻雜玻璃光波導(dǎo)敏感元件對(duì)相同濃度（1×10-3）的不同氣體的響應(yīng)圖</p><p>　　所研制的Zn摻雜LiFePO4薄膜/錫摻雜玻璃光波導(dǎo)元件固定在圖4所示的檢測(cè)系統(tǒng)，

42、對(duì)相同濃度的不同氣體進(jìn)行檢測(cè)，其結(jié)果如圖10所示。由圖可知，當(dāng)敏感元件在450℃下，用干燥空氣流入到流動(dòng)池內(nèi)時(shí)，輸出光強(qiáng)度不發(fā)生變化；在14種氣體中對(duì)敏感元件沒(méi)有明顯的變化。</p><p>　　圖10 在450℃下Zn摻雜LiFePO4薄膜/錫摻雜玻璃光波導(dǎo)敏感元件對(duì)相同濃度 （1×10-3）的不同氣體的響應(yīng)圖</p><p>　　所研制的Zn摻雜LiFePO4薄

43、膜/錫摻雜玻璃光波導(dǎo)元件固定在圖4所示的檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)相同濃度的不同氣體進(jìn)行檢測(cè)，其結(jié)果如圖11所示。由圖可知，當(dāng)敏感元件在300℃下，用干燥空氣流入到流動(dòng)池內(nèi)時(shí)，輸出光強(qiáng)度不發(fā)生變化；在14種氣體中對(duì)敏感元件沒(méi)有明顯的變化。</p><p>　　圖11 在300℃下Zn摻雜LiFePO4薄膜/錫摻雜玻璃光波導(dǎo)敏感元件對(duì)相同濃度 （1×10-3）的不同氣體的響應(yīng)圖</p><

44、p>　　3.4 Zn摻雜LiFePO4薄膜敏感元件對(duì)不同濃度的二甲苯蒸汽的響應(yīng)</p><p>　　該光波導(dǎo)敏感元件對(duì)二甲苯氣體的響應(yīng)情況如圖12所示。二甲苯的濃度大時(shí)，輸出光強(qiáng)度的變化也大，濃度小時(shí)，輸出光強(qiáng)度變化也小，輸出光強(qiáng)度的變化程度反映出氣體濃度的大小,并且由圖也可知隨濃度的減小恢復(fù)時(shí)間也變小。</p><p>　　圖12 在150℃下Zn摻雜LiFePO4薄膜/錫摻

45、雜玻璃光波導(dǎo)敏感元件對(duì)不同濃度的二甲苯蒸汽響應(yīng)曲線(xiàn)</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　1.采用水熱法合成出摻雜含量分別為1%和2%的Zn摻雜LiFePO4粉體，用旋轉(zhuǎn)甩涂法在錫摻雜玻璃片上制備Zn摻雜LiFePO4敏感元件，在不同溫度 (450℃, 300℃, 150℃)下進(jìn)行熱處理，在光波導(dǎo)檢測(cè)體系中，檢測(cè)了氣敏性。通過(guò)結(jié)果表明， 在15

46、0℃下進(jìn)行熱處理的敏感薄膜對(duì)二甲苯，苯乙烯及氯苯有一定的敏感性，并敏感膜對(duì)二甲苯的敏感性比明顯。 </p><p>　　2.進(jìn)行氣敏性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該光波導(dǎo)傳感器對(duì)揮發(fā)性有機(jī)氣體有好的響應(yīng)，尤其是對(duì)二甲苯有較好的響應(yīng)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　陳長(zhǎng)慶，胡明，吳霞宛 .氣敏傳感器的發(fā)展[B].天津：天

47、津大學(xué)電信學(xué)院，2003,17（1）</p><p>　　[2] 阿布力孜·伊米提，麥麥提依明·馬合木提，艾爾肯·吐?tīng)栠d等.光波導(dǎo)氣體傳感器的研究[C].中國(guó)科協(xié)2005年回論文集,2005:700-705.</p><p>　　[3]周志，張啟業(yè).傳感器的應(yīng)用分類(lèi)探析[M].中學(xué)教學(xué)參考，2009,29：89-90</p><p>　

48、　[4] 中國(guó)電子協(xié)會(huì)敏感元件分會(huì)，傳感器與執(zhí)行大全-傳感器.變送器.執(zhí)行器[M].北京：電子工業(yè)出版社，2001，p3</p><p>　　[5] 帕提曼.尼扎木丁.LiFe(1-X)MXPO4 薄膜復(fù)合光波導(dǎo)化學(xué)傳感器的研究[D].新疆：新疆大學(xué)</p><p>　　[6] 張貴德，李學(xué)金.光波導(dǎo)氣體傳感器[B].黑龍江大學(xué)2004</p><p>　　[7]

49、趙毅，楊德仁，周成瑤.多孔硅與聚乙烯復(fù)合光電性能研究[J].材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，21（4）:507-509.</p><p>　　[8]阿布都卡迪爾.光波導(dǎo)傳感器的氣敏性研究[D].新疆：新疆大學(xué)</p><p>　　[9] 何順愛(ài)，水熱沉淀法制備ZnO納米粉體[J].桂林工學(xué)院學(xué)報(bào)，2004, 24(1)：80-83.</p><p>　　[10] 帕提曼.尼扎木

50、丁，阿布力孜·伊米提，米熱古麗.莫合買(mǎi)提，王吉德.釔摻雜對(duì)磷酸亞鐵鋰薄膜光波導(dǎo)傳感元件氣敏特性的影響[B].新疆：新疆大學(xué)石油天然氣精細(xì)化工教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊，2011,39（12）：71-76.</p><p><b>　　附 錄</b></p><p>　　1.有機(jī)揮發(fā)性氣體稀釋公式：</p><p>　　m=ρ×

51、;V1 </p><p>　　m: 物質(zhì)的質(zhì)量（g） </p><p>　　ρ 物質(zhì)的密度(g/cm3) </p><p>　　V1 稱(chēng)取的體積(mL)

52、 </p><p>　　n=m/M </p><p>　　n 物質(zhì)的量(mol）</p><p>　　m: 物質(zhì)的質(zhì)量 (g) </p><p>　　M 摩爾質(zhì)量(g/mol)</p

53、><p><b>　　C=n/V</b></p><p>　　n 物質(zhì)的量(mol)</p><p>　　C 物質(zhì)摩爾濃度(mol/L)</p><p>　　V 總體積（600mL）</p><p><b>　　CO=C

54、×%×M</b></p><p>　　CO 質(zhì)量濃度(mg/m3)</p><p>　　C 物質(zhì)摩爾濃度(mol/L)</p><p>　　M 摩爾質(zhì)量(g/mol)</p><p>　　% 百分含量<

55、;/p><p><b>　　2. 濃度換算公式</b></p><p>　　Cppm=22.4/M×C(mg/m3)</p><p>　　Cppm 稀釋后蒸汽的濃度（ppm）</p><p>　　摩爾體積（mol/L）</p><p>　　M 摩爾質(zhì)量（g

56、/mol）</p><p>　　C 質(zhì)量濃度(mg/m3)</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本論文是在阿達(dá)來(lái)提老師的細(xì)心指導(dǎo)下完成的，阿達(dá)來(lái)提老師在文獻(xiàn)收集，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，論文定稿等工作中，付出了大量辛勤勞動(dòng)。老師淵博的學(xué)識(shí)和高尚的人格，使我在學(xué)習(xí)與生活中受益非淺，這些都是幫助我完成論文的決定因素