核壳式光敏材料对有机挥发物的识别特性的研究

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传感器作为对信号传输、处理、存储、记录的主要检测装置。已报道的传感器普遍具有较好的灵敏度,对挥发性有机化合物(volatile organic compounds,VOC)气体的检测限已达到数十ppb,甚至已经拓展到十几ppb,但是选择性较差依然是个亟待解决的问题。针对该难点,在本课题中通过两种方式提高选择性:1)通过对传感器阵列加紫外光照射,使3个传感单元表现出6种传感特性,并结合PCA算法,人为的达到简化传感器阵列,增强选择性的目的;2)利用核壳结构敏感材料作为敏感电极,通过调节壳壁厚度达到对复合气体的高选择性,并尽可能降低后期处理信号的工作量。而针对电化学传感器检测限不足的问题,本文采用了基于混合电位响应行为的光电耦合传感技术。本文研究结果可以有效降低后期处理信号的工作量并减小传感器阵列的体积,对于电化学传感器的发展具有一定的鉴意义,具体研究工作如下:1)设计了由Zn O/In2O3复合材料敏感电极(SE)(相对于基于Mn的参比电极(RE))组成的基于氧化锆的电化学传感器阵列。照明和复合材料中In2O3的增加显著影响了传感器阵列的传感行为。在加紫外光照射时,传感器表现出很好的光增强效应和检测限的提高,并且确认了对特定气体的选择性增强的响应信号。与在单独关灯时操作的传感器阵列相比,产生了6种完全不同的响应模式。然后通过使用PCA算法处理来自光源的所有响应模式,可以通过仅由3种类型的Zn O/In2O3复合材料SE组成的传感器阵列来人工区分6种被测VOC。2)设计了由α-Fe2O3@Zn O核壳式光敏材料组成的基于氧化锆的电化学传感器。在合成α-Fe2O3@Zn O中我们通过调配锌前体的量,控制壳壁Zn O厚度,将由不同壳壁厚度的敏感电极材料所制备的传感器通过通入目标气体进行测试,发现α-Fe2O3@0.15 MZn O在加光后壬烷和3-甲基己烷表现出光增强,而α-Fe2O3@0.2 MZn O在加光后只对壬烷有的光增强效应,表现出很好单一选择性。将测试数据与Zn O/In2O3复合材料SE相比较,α-Fe2O3@Zn O核壳式光敏材料传感器在信号处理方面可以有效的降低工作量,并且根据实验数据表明,可以通过调整核材料、壳材料或者壳壁厚度,可以有效的实现单一选择性,为气敏传感器实现定向选择提供了有利依据。
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