室内有害气体高灵敏检测元件的研究

作     者：热扎克·卡地尔 

作者单位：新疆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：阿布力孜·伊米提

授予年度：2009年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：光波导敏感元件 倏逝波 丙烯酸树脂 亚甲基兰 室内有害气体 

摘      要：随着国民经济的快速发展,各类污染物的产生量越来越大,其中挥发性有机化合物对人类生存空间的污染更为突出,所以在现实生活中很有必要对其进行检测。目前利用传感器检测气体的方法较多,与其它传感技术相比,光波导传感器抗电磁干扰、电绝缘性好、易微型化、具有灵敏度高、响应快、成本低等诸多特点。 本论文以丙烯酸树脂和亚甲基兰作为敏感试剂研制了检测室内有害气体的高灵敏光波导气体传感元件。 1)合成了丙烯酸树脂,并固定在玻璃光波导表面作为苯类气体（苯、甲苯、二甲苯, BTX）的敏感试剂,检测了不同浓度的BTX。研究了苯蒸汽对丙烯酸树脂薄膜的透射率和折射率等光学特性的影响,解释了该敏感试剂对苯蒸汽的敏感机理。该传感元件能检测低于10×10-6（体积分数）的BTX,具有良好的选择性、重复性和线性关系。 2)以亚甲基兰（MB）作为敏感试剂,掺杂成膜剂聚乙烯吡咯烷酮（PVP）固定在玻璃光波导表面,研制出了MB/PVP薄膜光波导传感元件,并且检测出了低浓度的甲醛蒸汽。实验结果表明,当被测气体吸附到MB/PVP薄膜表面时,薄膜将被还原成无色;当薄膜在空气中放置一天后,MB/PVP薄膜被氧化回复到原来的颜色。在常温下该元件对浓度为20×10-9（体积分数）的甲醛蒸汽有很明显的响应,同时具有响应快、灵敏度高、制作工艺简单等特点。 3)配制不同比例的丙烯酸树脂-纳菲昂混合溶液,用直接滴落方法在同一个锡掺杂光波导玻璃片上制备了五个平行薄膜,组成了光波导气体传感器陈列元件。研究了该传感器陈列元件对10×10-6到10×10-3的苯类气体的气敏性。由五种薄膜对各苯类气体的灵敏度变化,推测了识别各种气体的方法。利用灵敏度和气体浓度之间的关系可以算出气体的浓度。