聚電解質(zhì)層層自組裝多層膜在光纖傳感器中的應(yīng)用研究.pdf

1、在眾多制備納米尺寸的薄膜技術(shù)中，層層自組裝(layer-by-layer, LbL)技術(shù)通過特定的作用力將兩種物質(zhì)組裝在基底上，可制得結(jié)構(gòu)均一、厚度在納米尺度可控的多層膜。由于可用的LbL的材料種類很多，因此能制備出各種功能的納米多層膜。本文選用光纖(optical fiber)為組裝基底，通過聚電解質(zhì)LbL技術(shù)，分別制備了可用于檢測pH值、重金屬離子及濕度的光纖傳感器(fiber-optic sensor)。主要研究內(nèi)容包括：

2、　　 ⑴采用紫外-可見吸收光譜(UV-vis)和石英晶體微天平(quartz crystalmicrobalance, QCM)研究了聚電解質(zhì)在石英片和金電極基底上LbL自組裝過程。研究發(fā)現(xiàn)制備的LbL多層膜(如(PDDA/PAA)1.5(PAA/P4VP)10多層膜、(P4VP· HCl/PSS)10多層膜、(P4VP· HCl/PVS)10多層膜等）隨著組裝層數(shù)的增加都呈現(xiàn)了線性增長，表明了所制備的多層膜比較均一。采用原子力顯微鏡

3、(atomicforce microscope, AFM)和掃描電子顯微鏡(scanning electronic microscope,SEM)表征了LbL多層膜表面形貌。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，LbL多層膜的表面粗糙度越大，傳感器響應(yīng)時(shí)間越短。
　　 ⑵采用LbL技術(shù)將(PAH/PAA)25多層膜組裝在細(xì)芯光纖模式干涉儀(TCFMI)表面上，制備了光纖pH傳感器。該傳感器波長隨著介質(zhì)的pH增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢（在pH=7時(shí)，波長最大

4、），其靈敏度在酸性和堿性區(qū)域分別為0.32nm/pH和-0.45nm/pH，響應(yīng)時(shí)間為120s。改用含聚電解質(zhì)絡(luò)合物(PEC-)的(PDDA/PSS)3(PDDA/PEC-)10自組裝多層膜，制備了另一種光纖pH傳感器。該傳感器靈敏度在酸性和堿性區(qū)域分別為0.6nm/pH和-0.85nm/pH，響應(yīng)時(shí)間為30s,PEC的引入顯著的改進(jìn)了光纖pH傳感器的性能。
　　 ⑶采用LbL技術(shù)，將(PDDA/PAA)1.5(PAA/P4VP

5、)10多層膜組裝在細(xì)芯光纖模式干涉儀(TCFMI)表面上，制備了光纖重金屬離子傳感器。該傳感器對重金屬離子如Cu2+、Fe2+、Zn2+等均具有響應(yīng)性，其最低檢測限可達(dá)10-8M，響應(yīng)時(shí)間為60s，且可多次重復(fù)使用。將LbL多層膜改為(P4VP· HCl/PSS)10時(shí)，制得了對汞離子具有高度選擇性的汞離子傳感器。在氯化汞溶液中，當(dāng)pH=5時(shí)，具有最佳性能，最低檢測限可達(dá)10-9M，響應(yīng)時(shí)間僅30s。
　　 ⑷采用LbL技術(shù)，將