氧化氮及氨气有机敏感薄膜的制备及特性研究

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传感器技术是现代信息产业的支柱,气体传感器作为传感器的重要分支,在现代生活中的应用领域越来越广泛,在食品工业、大气监测、汽车尾气快速实时测定、有毒气体检测、特定火灾现场的气氛监测、安全检查等方面发挥着越来越重要的作用。氧化氮(NO2)气体和氨气(NH3)是现代生活中重要的污染气体,及时准确地探测污染气体浓度对环境监测和环境保护意义重大。本文首先探讨了气体敏感材料的选择,目前有机敏感材料因具有诸多优点而成为研究的热点。本文分别从小分子有机物和聚合物两大类别选择了具有代表性的酞菁锡(SnPc)、TCNQ(7,7,8,8-四氰基苯醌二甲烷)和PEDT(3,4-聚乙撑二氧噻吩)。对于PEDT,本文采用化学氧化法的工艺,探讨了工艺对成膜的影响,用扫描电子显微镜(SEM)观察膜的表面形貌,运用红外吸收光谱(IR)分析验证了所生成的PEDT聚合物,并测量了其电阻随温湿度的变化,最后探讨了这种材料对两种气体的敏感特性。结果表明PEDT对氨气和氧化氮都具有一定的敏感性。对于两种小分子材料,本文先采用真空蒸发的工艺制备敏感薄膜,探讨了不同基板温度对薄膜表面形态、膜的导电性的影响,并进一步分析了基板温度、膜厚和电极间距对传感器敏感特性的影响。结果表明TCNQ的蒸发薄膜对两种气体都具有敏感性,但响应恢复时间比较慢,而酞菁锡薄膜对氧化氮气体具有良好的敏感性,对氨气敏感性比较弱。最后本文采用旋涂法制备TCNQ和酞菁锡两种材料的敏感薄膜,并用这两种材料对PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)进行了掺杂,运用SEM观察了薄膜表面形貌。实验探讨了不同转速对敏感性的影响,然后分别测试了各种膜的气体敏感性,结果表明,纯TCNQ旋涂薄膜对氨气具有相当高的敏感度,但是响应和恢复时间较慢且随气体浓度增加而变长;掺入酞菁锡的PMMA旋涂薄膜对氧化氮气体具有良好的响应时间和敏感性,但是恢复时间较慢。
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