论文部分内容阅读
丙酮作为一种常见的挥发性有机化合物,属于一种轻度危害的污染物质。研制出一种可在室温工作、高灵敏度、检测极限低的丙酮传感器对于工业生产、畜牧业以及医学检测都有着重要的意义。本文分别以石英晶体微天平（QCM）和平面叉指电极为器件类型,制备了基于聚乙烯亚胺（PEI）的QCM丙酮传感器和基于Pd@PdO@ZnO的光增强电阻型丙酮传感器,对敏感薄膜进行了表征分析,并在室温条件下对其气敏性能进行了测试。主要研究工作包括如下两个方面:1.研究了基于PEI的QCM丙酮传感器,选用了PEI和氨基化石墨烯（GO-NH2）作为敏感材料,采用气喷工艺和滴涂工艺制备了单一PEI薄膜的QCM丙酮传感器和PEI/GO-NH2分层薄膜的QCM丙酮传感器,对单一PEI薄膜以及分层薄膜PEI/GO-NH2进行了SEM、XPS与UV-Vis表征分析测试,从SEM的结果中观察到了因为GO-NH2的存在,薄膜有着明显的褶皱,增大了材料的比表面积,更有利于丙酮分子的吸附;XPS的测试结果证实了PEI/GO-NH2分层薄膜中PEI与GO-NH2存在着氢键作用;基于紫外可见光谱分析证实了丙酮与PEI中的胺基官能团、GO-NH2中的胺基官能团发生了亲核加成反应,导致吸收峰红移。在室温条件下,测试对比了单层PEI薄膜以及PEI/GO-NH2分层薄膜的QCM丙酮传感器的气敏特性,结果表明两者在2-10ppm丙酮范围内均具有良好的响应-恢复性能,并具有良好的重复性以及选择性,其中PEI/GO-NH2分层薄膜的QCM丙酮传感器的性能均优于单层PEI薄膜的QCM丙酮传感器。将PEI/GO-NH2分层薄膜的QCM丙酮传感器作为优化后的传感器,测试了其稳定性,结果表明PEI/GO-NH2分层薄膜的QCM丙酮传感器具有良好的稳定性。结合表征分析以及气敏测试结果分析了单层PEI薄膜以及PEI/GO-NH2分层薄膜的QCM丙酮传感器的气敏机理,分析认为是PEI以及GO-NH2中的胺基官能团与丙酮分子发生了亲核加成反应,促进了传感器对丙酮的响应,最后建立了基于PEI的QCM丙酮传感器的相关气敏机理模型。2.研究了基于Pd@PdO@ZnO的光增强电阻型丙酮传感器,通过溶胶凝胶法制备了Pd@PdO@ZnO的敏感材料。对制备出的敏感材料进行了SEM、TEM、XRD、XPS和UV-Vis等表征分析测试。SEM以及TEM的结果中均可以明显观察到Pd@PdO@ZnO纳米颗粒的生成;XRD和XPS分析结果进一步证实了Pd、PdO、ZnO的存在;对材料的UV-Vis分析可以观察到吸收带边以及一个特征吸收峰,并通过计算得到了复合材料的禁带宽度为3.11eV。之后通过旋涂法制备出了Pd@PdO@ZnO的光增强电阻型丙酮传感器,在紫外光照的条件下测试了传感器对丙酮的响应,结果表明传感器在室温条件下对10-50ppm的丙酮蒸汽表现出了良好的响应-恢复特性,并具有较好的重复性以及选择性。结合表征分析以及气敏测试结果分析了Pd@PdO@Zn O的光增强电阻型丙酮传感器的气敏机理,认为是紫外光照条件下材料内部生成光生电子空穴对、ZnO与PdO形成的PN结以及贵金属Pd的催化作用使得传感器在室温条件下就表现出了对丙酮的响应,并建立了相关的气敏机理模型。