【摘 要】
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社会的发展伴随着温室效应、环境污染等一系列空气问题,然而我们每时每刻都需要呼吸空气,所以不可避免受到影响。为了保障人们的生活质量,对环境中有毒有害气体的检测是十分重要的。近年来气敏传感器逐渐发展,并在安全维护、环境监测、医疗健康及食品安全等领域应用广泛。气敏材料是决定气敏传感器性能的主要因素,其中金属氧化物半导体气敏传感器因制备流程简便、制作成本低、稳定性好等优点成为研究热点。本论文开发了具有新型
【基金项目】
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国家重点研发计划——食品中生物性及放射性危害物高效识别与确证关键技术及产品研发（2018YFC1602500）；
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社会的发展伴随着温室效应、环境污染等一系列空气问题,然而我们每时每刻都需要呼吸空气,所以不可避免受到影响。为了保障人们的生活质量,对环境中有毒有害气体的检测是十分重要的。近年来气敏传感器逐渐发展,并在安全维护、环境监测、医疗健康及食品安全等领域应用广泛。气敏材料是决定气敏传感器性能的主要因素,其中金属氧化物半导体气敏传感器因制备流程简便、制作成本低、稳定性好等优点成为研究热点。本论文开发了具有新型结构的纳米半导体金属氧化物气敏材料,研究了其合成机理。将其制备成气敏传感器,检测生物医学及食品相关特定目标气体时的气敏性能。主要研究内容及结果如下:1.花生状介孔WO3纳米球的制备及其气敏传感特性的研究在本章实验中,利用溶剂挥发诱导自组装法,使用三嵌段共聚物聚丙烯酸叔丁酯-聚苯乙烯-聚环氧乙烷(Pt BA45PS92PEO117)和正壬酸的增效模板,结合W6+离子,形成具有特殊结构的胶束。在空气中经过高温煅烧后,成功制备出了新型花生状介孔氧化钨纳米材料,并研究了其形成机理。由于该材料具有介孔结构,适合作为具有优良性能的气敏传感材料,选择肺癌标志物异戊二烯作为目标气体,进行气敏传感特性的研究。结果表明本实验所合成的新型花生状介孔WO3具有良好的气敏特性,在最佳工作温度205℃条件下,对50 ppm的异戊二烯响应值为30.0,响应时间12 s,具有良好的循环稳定性与选择性。该实验为间接检测肺癌提供一种潜在可行的简单方案。2.绣球花状介孔WO3纳米花的制备及其气敏传感特性的研究基于上一章实验,本章同样采用溶剂挥发诱导自组装法合成WO3纳米材料,不同的是采用了两嵌段共聚物聚苯乙烯-聚丙烯酸叔丁酯(PS119-Pt BA129)为模板,经过同样步骤后得到由纳米片堆叠而成的新型绣球花状介孔WO3纳米花,对其合成机理进行了分析。将其用于单增李斯特菌的特异性代谢产物3-羟基-2-丁酮的气敏检测,表现出良好的气敏特性。最佳工作温度为205℃,检测浓度为25 ppm的3-羟基-2-丁酮时响应值高达151.1,响应时间很短仅为25 s,恢复时间为146 s,同时也表现出良好的循环稳定性及选择性。因此,可利用该WO3纳米花作为气敏传感器,实现单增李斯特菌的间接检测。3.电缆线型SnO2纳米纤维的制备及其气敏传感特性的研究本章采用单喷嘴静电纺丝技术,用PS和PVP作为前驱体纺丝液,再加入Sn Cl2·2H2O乙醇溶液形成混合纺丝液,纺丝后经过干燥、煅烧步骤,成功制备出了具有新型结构的电缆线状核壳型介孔SnO2纳米纤维。甲醛被应用于食品中果蔬的保鲜,另外在食品包装上的残留同样对人体危害很大。将该SnO2纳米纤维作为检测甲醛的气敏材料,研究了其气敏传感特性。实验结果表明最佳工作温度为195℃,此时对10 ppm的甲醛响应时间仅为18 s,恢复时间约196 s,此时响应值约为7.5,最低检出限约为1 ppm,循环稳定性与选择性良好。总体来说,本实验合成新型电缆线状核壳型介孔SnO2纳米纤维可用于对甲醛气体的快速检测。
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