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化学战剂、爆炸物及其他有毒有害气体正逐步威胁着人类的身心健康和生命安全。同时,对这类气体现场实时检测的需求大大推动了化学传感器的发展。声表面波(Surface Acoustic Wave,SAW)气体传感器因具有小型化、便携性、高灵敏度和抗干扰能力等特点,受到了广泛地关注。这类传感器要求在器件表面涂覆一层敏感薄膜,用于对待测气体的吸附。氢键酸性(Hydrogen-Bond Acidic,HBA)聚合物是一类以氟化醇或者氟化苯酚为官能团的聚合物,其分子主链以聚硅氧烷和聚硅碳烷为主。这类聚合物具有较低的玻璃化转变温度(Tg),分子主链的活动能力较强,在制备成薄膜时,有利于小分子的扩散。聚合物分子中的羟基的活性很高,能与氢键碱性化合物形成氢键作用,从而对其进行吸附。本文的主要研究内容是通过化学反应合成几种主链是聚硅氧烷、官能团为氟化醇或氟化苯酚基团的HBA聚合物。将几种聚合物作为敏感材料,通过薄膜制备工艺成膜于SAW敏感元件上,制作成SAW气体传感器。基于敏感材料的气体吸附理论,将几种SAW传感器用于对神经毒剂及其模拟剂甲基膦酸二甲酯(DMMP)、爆炸物2,4-二硝基甲苯(2,4-DNT)、芥子气模拟剂2-氯乙基乙基硫醚(2-CEES)、苯乙烯等氢键碱性气体的检测,研究传感器的气敏特性,并对其敏感机理进行分析。具体主要包括以下几个方面:1.根据HBA聚合物分子的结构特征,自主设计了HBA聚合物LSFA的分子结构及合成路线,然后对已知分子结构的两种聚合物PLF和DKAP的合成路线进行设计和研究。分别通过一步硅氢加成反应合成了两种HBA聚合物LSFA、PLF,避免了使用以高毒的六氟丙酮向聚合物主链中引入六氟异丙醇敏感基团的传统方法;依次通过威廉姆森合成、克莱森重排和硅氢加成三步反应合成了HBA聚合物DKAP。分别用傅里叶红外光谱和核磁共振氢谱表征了三种聚合物的分子结构。通过气体喷雾法将三种聚合物材料分别成膜于中心频率为434MHz的SAW器件上,制备出LSFA-SAW、PLF-SAW和DKAP-SAW三种传感器。2.通过声表面波测试平台研究了LSFA-SAW、PLF-SAW和DKAP-SAW三种传感器对神经毒剂模拟剂DMMP的气敏特性。结果显示,对于10mg/m3的DMMP气体,三种传感器的响应值分别为21.0kHz、27.7kHz和52.7kHz,且传感器的响应快,恢复性好。测试PLF-SAW和DKAP-SAW两种传感器对真实的神经毒剂sarin和soman的气敏特性。结果显示,在3分钟的时间内,两种传感器对10mg/m3的sarin的响应值分别为11.72和27.93kHz,对1mg/m3的soman的响应值分别为1.22kHz和4.31kHz。将对真实毒剂和模拟剂DMMP的响应结果进行对比,可以发现,传感器对DMMP的响应速率比真实毒剂快,造成这种结果的原因可以归结于真实毒剂与模拟剂分子结构的不同。其敏感机理为HBA聚合物上的羟基可以与有机磷化合物上的电负性强的O原子形成氢键作用。3.以渗透管作为2,4-DNT的气体产生源搭建SAW测试平台,测试PLF-SAW和DKAP-SAW传感器对爆炸物2,4-DNT的气敏特性。结果显示,两种传感器对2,4-DNT均有快速的吸附和解吸附能力。在3分钟的时间内,PLF-SAW传感器对100ppb的2,4-DNT的响应值为1.48kHz,DKAP-SAW传感器对于200ppb的2,4-DNT的响应值为4.2kHz。但是PLF-SAW传感器相对于DKAP-SAW传感器的响应速率较慢。传感器的敏感的机理为:2,4-DNT分子与苯环相连中的硝基具有强烈的吸电子作用,其电子云密度很高,可以与HBA聚合物的羟基形成强的氢键作用。4.率先报道了LSFA-SAW和PLF-SAW传感器对芥子气模拟剂2-CEES的气敏特性,测试浓度为1~20mg/m3。结果显示,两种传感器对2-CEES均有良好的吸附和解吸附能力。对10mg/m3的2-CEES气体,两种传感器的响应值分别为12.42kHz和19.87kHz。将两种传感器对另外一种芥子气模拟剂1,5-二氯戊烷(DCP)进行敏感测试,结果显示,传感器对DCP的响应值不及对2-CEES响应值的1/20。将PLF-SAW传感器对真实的芥子气进行测试,结果发现,传感器对芥子气也不敏感。研究两种传感器对2-CEES的敏感机理,我们认为,传感器对2-CEES的吸附是基于HBA聚合物上的羟基与2-CEES上的S原子形成的氢键作用。而DCP分子结构中无S原子,芥子气中虽有S原子,但由于S原子两端均为吸电子基团,故S原子上的电子云密度减小,不能与HBA聚合物中的羟基形成氢键。5.率先以LSFA-SAW和PLF-SAW传感器研究对苯乙烯气体的气敏特性,测试浓度为1~19mg/m3。结果显示,传感器对苯乙烯的响应速度快、重复性好且恢复性好。对10mg/m3的苯乙烯气体,两种传感器的响应值分别为6.49kHz和12.8kHz。对多种干扰气体进行测试,结果显示,该传感器的抗干扰能力强。研究其敏感机理,首先通过红外光谱测试验证了两者之间确实存在着氢键作用;其次,测试了两种传感器对甲苯的气敏特性,结果显示,两种传感器对甲苯不敏感,响应值不及对苯乙烯的5%;最后,测试了PLF-SAW传感器对1-丁烯的气敏特性,结果显示对19mg/m3的1-丁烯,传感器的响应值为6kHz,是对甲苯响应值的5倍以上。基于以上的讨论结果,提出了基于HBA聚合物和苯乙烯的OH-π氢键作用的机理。