光敏聚合物全息传感器响应特性的改善研究

摘要

全息传感器是一种新型光学传感装置。其采用记录于光敏聚合物材料内部的全息光栅作为传感单元，通过聚合物材料的吸附性膨胀实现光栅条纹间距的改变，从而导致光栅衍射光谱的峰值波长偏移。定量化环境因素与波长偏移间的关系，便能够实现全息传感器的研制。同时光谱的偏移伴随着衍射图像色彩变化，因此全息传感具有高度的可视化能力，这也使其成为了近年来备受青睐的一种新颖传感方式。然而目前聚合物基全息传感器的主要缺点是响应速度较慢。这是由于基底材料对气体分子的吸附与渗透过程需要较长的时间间隔，同时由于玻璃基底对材料的制约，气体吸附量十分有限，这显著限制了全息传感器的实际应用。 本文提出了一种新颖的全息传感材料制备方式，研制了新器件，并实现了传感器对有机气体的高敏感传感响应。实验中去除玻璃基底影响的同时，降低了传感材料的厚度，成功地改善了传感器的响应速度，并降低了其对有机气体的最小探测浓度。同时为避免环境温度对传感性能的干扰，实验中详细测试了全息传感器的温敏性能，分析了温度引起的波长偏移主要因素，通过掺杂纳米粒子改善了温度的响应特征，并通过系统的理论与实验对比证实了全息传感性能的改善。 研究结果表明，随着温度的增加，尽管有热膨胀的发生，然而峰值波长却发生了显著蓝移。为此我们详细测试了温敏波长蓝移的诱因，并从热光系数、平均折射率、线性热膨胀等方面进行了测试和理论表述，与实验结果保持了很好的一致性。在有机气体传感过程中，选用乙醇作为特征气体，实验分析了与传统单面传感相比，新型双面传感的响应性能改善程度。这些实验结果为提高全息传感器的响应，加快基于光敏聚合物的全息光学元件的发展提供了一种有效的方法。

目录

第一个书签之前

第一章绪论

1.1课题背景

1.2全息传感器研究的目的和意义

1.3丙烯酰胺光致聚合物的研究进展与现状

1.4本文的研究内容

第二章丙烯酰胺光敏聚合物材料的制备和实验装置

2.1引言

2.2材料的制备

2.2.1传统材料的制备

2.2.2新型双面传感材料的制备

2.3实验装置设计

2.3.1温度传感实验装置

2.3.2有机气体传感实验装置

2.4本章小结

第三章传感机制的理论

3.1引言

3.2传感理论分析

3.3全息光栅的形成

3.4有机气体传感原理分析

3.5本章小结

第四章全息传感器对温度的响应

4.1引言

4.2实验探究

4.2.1温度对衍射波的影响

4.2.2纳米粒子对温度全息传感的响应

4.2.3可逆过程测试

4.3理论分析

4.3.1灵敏度和线性响应区域

4.3.2平均折射率

4.3.3热光学系数

4.3.4线性热膨胀

4.4本章小结

第五章有机气体传感响应的改善

5.1引言

5.2提高全息传感响应速率的方法

5.2.1使用新型双面传感材料

5.2.2降低材料的厚度

5.3蒸气浓度对全息传感的影响

5.4光栅光谱的可逆性研究

5.5膨胀比

5.6本章小结

第六章总结与展望

6.1全文总结

6.2创新与展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢