碳粉复合物气体传感器及阵列的构建和应用

摘要

本文主要研究了碳粉掺杂聚合物的气体化学阻抗传感器及由其组成的传感器阵列的优化、构建及应用。主要包括3部分内容： (1)以甲苯、水蒸气作为目标分析物考察了电极间距、敏感膜厚度、敏感膜组成、频率对碳粉-PECH(polyepichlorohydrene)为敏感膜的化学阻抗传感器的影响，同时采用压电法测定了碳粉对吸附的贡献。综合了各种响应因子，得出了最优传感器的条件是电极间距1.50mm，碳粉含量52.3wt％，频率150KHz，敏感膜厚度(以电阻值表示)200-1000Ω。 (2)使用该传感器对大量可挥发性有机气体(VOCs)进行了测试，结果显示具有良好的线性关系。同时也考察了湿度对传感器的影响，在高湿度下电阻电容响应模式是不同的。使用Neugebauer和Webb模型对电阻响应模式进行了新的解释，对其在高湿度下的电阻对水和有机气体的负响应进行了发展性的解释。对电容响应机理也作了解释，指出电容响应主控因素是膨胀而非传统认为的介电常数，只有在很高的湿度下，如65％RH时介电常数的影响才能看到。 (3)采用5种聚合物PIB(poly-isobutylene)、OV-25(poly-phenylmethylsilicone)、PECH、PU(polyurethane)、POTT(poly(3-octylthiothene-2，5diyl))和碳粉构成的复合物做敏感膜构成一个5电极的传感器阵列，经过测试，筛选出一个由PECH、PU、POTT碳粉复合物三电极构成的传感器阵列。用该阵列对四种不同极性的可挥发性有机物正庚烷、甲苯、二氯甲烷、乙醇进行了测定，并采用化学计量学方法主成分分析(PCA)对其进行了分类，同时也采用主成分回归(PCR)和偏最小二乘(PLS)对由正庚烷、甲苯、二氯甲烷混合物进行了分析，得到了比较理想的结果。

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第1章绪论

1.1气体传感器研究现状

1.1.1金属氧化物气体传感器

1.1.2场效应管气体传感器

1.1.3压电石英微天平及表面声波气体传感器

1.1.4光纤气体传感器

1.1.5有机金属半导体气体传感器和导电聚合物气体传感器

1.1.6传感器阵列

1.2传感器的发展趋势

1.3本文构想

第2章碳粉掺杂聚合物传感器的构建及性能

2.1实验部分

2.1.1试剂

2.1.2传感器制备

2.1.3试验设备及测试过程

2.2结果和讨论

2.2.1影响电阻电容响应的几个因素

2.2.2碳粉的吸附作用

小结

第3章传感器用于气体分析及湿度对传感器响应的影响

3.1实验部分

3.1.1试剂

3.1.2传感器制备和测试装置及过程

3.2结果和讨论

3.2.1传感器对有机气体的响应

3.2.2对水的响应

3.2.3湿度对传感器灵敏度的影响

3.2.4传感器电阻响应机理及对实验现象的解释

3.2.5传感器电容响应的产生及电容响应机理

小结

第4章阵列式传感器构建及分析应用

4.1实验部分

4.1.1试剂

4.1.2传感器的制备和测试过程

4.1.3测试仪器和装置

4.2数据处理

4.3结果和讨论

4.3.1测试原理

4.3.2传感器膜的选择原则

4.3.3实验结果讨论

小结

结论

参考文献

致谢

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