基于聚苯胺及其复合材料的QCM气体传感器研究.pdf

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1、基于聚苯胺及其复合材料的QCM气体传感器研究ResearchonQCMGasSensorsBasedonPolyanilineanditsComposites于婧怡大连交通大学DALIANJIAOTONGUNIVERSITY分类号：_____________TP212.9_____________学校代号：10150UDC：_________________密级：____________学号：20122254硕士学位论文基于聚苯胺及其复合材料的QCM气体传感器研究ResearchonQCMGasSe

2、nsorsBasedonPolyanilineandItsComposites学生.生名：于婧怡导师及职称：薛严冰教授学科门类：工学专业名称：交通信息工程及控制研究方向：通信理论及关键技术申请学位级另ij:硕士学位论文答辩日期：2015年6月6日学位授子单位:大连交通大学大连交通大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢及参考文献的地方外，论文中不包含他人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得大连交通

3、大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。本人完全意识到本声明的法律效力，申请学位论文与资料若有不实之处，由本人承担一切相关责任。学位论文作者签名：曰期：知丨9■年6月"曰大连交通大学学位论文版权使用授权书本学#价女作者完令了解大连交通大学有关保护知识产权及保留、使用学位论文的规定，印：研究生在校攻读学位期间论文工作的细识产枳单位属大连交通大学，本人保证毕业离校后，发表或使用本女丁_作成旲时署名单位仍然为大连交通大学。

4、学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件及其电子文档，允许论文被查阅和借阅。水人授权大连交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入学校有关数据库和收录到《中国博士学位论文全文数据库》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库》进行信息服务，也可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存或汇编本学位论文。(保密的学位论文在解密后应遵守此规定）学位论文作者签名：导师签名:曰期：士心年6月乂曰曰期:如/9*年#月日大连交通大学工学硕士学位论文摘要石英晶振微天平(QuartzCrystalMicrobalan

5、ce,QCM)气体传感器是以石英晶体表面敏感薄膜为敏感元件，以AT切型石英晶体为换能元件，利用石英晶体的质量-频率变化关系，将待测气体的浓度信号转换成频率信号输出，从而实现气体浓度的检测。本文以研制监测水果在仓储、运输等过程中新鲜程度的传感器为目的，对石英晶振微天平气体传感器及其应用进行了深入研究，研制出分别对香蕉和苹果气具有良好敏感特性的QCM水果气体传感器。以基频6MHz的石英晶体为基片，运用一步原位聚合法在其上沉积了对甲苯磺酸(TSA)掺杂聚苯胺以及SnO2掺杂度分别为10%、20%、50%的

6、PANI/SnO2复合气敏薄膜，制作出QCM水果气体传感器样品；设计了相应的起振、整形、差频、频压转换及数据采集电路，并搭建了气敏性能测试平台。在室温下，分别测试了上述传感器对放置不同天数的苹果、香蕉释放气体的敏感特性并对实验结果进行了比较与分析，从中筛选出来响应速度快、灵敏度高、重复性好的传感器。研究结果表明：对纯PANI敏感薄膜来说，在一定范围内，TSA掺杂浓度增加会改善传感器的气敏性能。传感器对放置不同天数的苹果释放气体频率变化量有较大差异，由新鲜到腐烂传感器的频率变化量增大。SnO2掺杂度为

7、10%的传感器敏感特性最好，对三个阶段的苹果气的响应分别为：581.49Hz、730.95Hz和1098.701Hz。当传感器的频率变化量大于1058Hz时，可以初步判断苹果已经腐烂，此时传感器的频率变化量趋于稳定。而对香蕉释放气由新鲜到成熟的过程中传感器的频率变化量急剧增加，当香蕉开始腐烂时，传感器的频率变化量开始减小，最后趋于稳定。PANI传感器对香蕉气体表现出最好的敏感特性，三个阶段的响应分别为：1070.53Hz、2451.12Hz和1834.68Hz。此传感器可用来判断香蕉是否成熟，当传感

8、器的频率变化量大于2309Hz时，可以初步判断香蕉进入成熟期。用质谱仪对三种不同程度的苹果和香蕉释放气进行了分析，发现水果释放气为多种成分气体的混合，不同成熟度时各组分气体的浓度明显不同，因此传感器表现出对放置不同天数的苹果和香蕉释放气具有不同的响应特性。实验结果表明，本文研制的QCM水果释放气传感器具有灵敏度高、线性度好、响应速度快、重复性好等优点，有望在水果仓储运输方面得以应用。关键词：气体传感器；石英晶振微天平；聚苯胺复合材料；水果释放气体IIAbstractA