【摘 要】
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小型化、低成本、易携带的柔性传感器被认为是具有发展潜力的智能应用组件。人们对生鲜食品新鲜度的要求日益提高,而对于新鲜度指标的柔性传感器的研究报道较少,针对以上问题,本文主要研究pH敏感薄膜的柔性化制备和柔性硫化氢气体敏感材料、器件的制备。在课题研究期间得到的主要研究成果如下:pH敏感薄膜方面:通过模板煅烧法制备了多孔二氧化钛(Ti O2),在250℃-350℃温度区间,随着模板剂聚乙烯吡咯烷酮(P
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小型化、低成本、易携带的柔性传感器被认为是具有发展潜力的智能应用组件。人们对生鲜食品新鲜度的要求日益提高,而对于新鲜度指标的柔性传感器的研究报道较少,针对以上问题,本文主要研究pH敏感薄膜的柔性化制备和柔性硫化氢气体敏感材料、器件的制备。在课题研究期间得到的主要研究成果如下:pH敏感薄膜方面:通过模板煅烧法制备了多孔二氧化钛(Ti O2),在250℃-350℃温度区间,随着模板剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的充分移除,其pH敏感性逐渐加强,而到400℃,其因温度较高,pH敏感性降低;且在实验范围内适当提高PVP含量,可以提高二氧化钛孔隙率,使得氢离子活性位点多,pH敏感性增强。通过硅烷偶联剂KH550以及化学后处理在多孔二氧化钛薄膜上进行氨基和羧基的修饰,pH敏感性分别提升了34.21%和51.41%,说明羧基对于氢离子的敏感性优于氨基,氨基优于羟基;二氧化钛表面修饰了氨基和羧基等基团对于pH敏感性的提升优于活性位点多的疏松多孔二氧化钛。通过一步水热法合成纳米“绣球”氧化锌(ZnO),调控反应温度、反应时间、Zn2+:OH-的摩尔数比这三个反应条件,在银电极层表面获得不同微观形貌的氧化锌“绣球”薄膜。设计制备基于氧化锌“绣球”的柔性扩展栅极场效应管pH传感器,得到由细长型氧化锌构成的薄膜对pH具有较优的敏感性,高达16.349μA/pH,而由粗短型的氧化锌构成的薄膜,表现出较差的pH敏感性,低至5.607μA/pH。其源漏电流表现出对pH有较高的线性度,可以用来作为pH敏感薄膜电极,制备柔性pH传感器。柔性硫化氢气体传感器方面:通过溶液法制备了直径为100 nm左右的氧化铜(CuO)纳米颗粒,聚苯胺(PANI)纳米纤维以及聚苯胺/氧化铜复合材料,聚苯胺纤维长度不一,高至7μm,低至200 nm,PANI/CuO以PANI纤维上附着CuO纳米颗粒的形式进行复合。通过丝网印刷制备柔性碳浆叉指电极,将合成的气敏材料通过滴涂方式涂覆于电极表面,制备了四种柔性硫化氢气体传感器,搭建密封性良好的硫化氢性能测试系统,对器件进行响应度、选择性、弯曲重复性测试,获得性能较好的PANI/CuO复合气敏材料。制备的P-1器件在室温下,H2S浓度为25 ppm,表现出55%的响应度和2.16的灵敏度;制备的P-2器件在室温下,H2S浓度为25 ppm,表现出188%的响应度和7.25的灵敏度;而基于CuO材料的器件则在低浓度范围(6 ppm)下表现出线性,综合性能较差;基于PANI材料的器件在H2S浓度为22 ppm下,表现出20%的响应度和0.98的灵敏度。根据器件响应情况和半导体得失电子理论探究器件敏感机理。
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