基于QCM的二氧化碳?xì)怏w傳感器的性能研究.pdf

1、二氧化碳的大量排放已經(jīng)逐漸影響到了人們的正常生活，因此研究一種低成本、靈敏度高的二氧化碳?xì)怏w傳感器變得極為必要。薄膜型氣敏材料以其特有化學(xué)、物理性能以及優(yōu)良的表面特性在氣敏傳感器的發(fā)展方向上起到了主導(dǎo)作用。本文基于石英晶體微天平（Quartz Crystal Microbalance, QCM）器件，研究其氣敏機(jī)理，選用帶有豐富伯胺基的有機(jī)高分子材料聚乙烯亞胺作為制備二氧化碳薄膜傳感器的敏感材料，它具有制備簡單、成膜性好、靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)

2、。此外，利用多種分析手段對其敏感機(jī)理進(jìn)行深入研究并對薄膜敏感性能進(jìn)行優(yōu)化，主要內(nèi)容表現(xiàn)為以下幾個方面：
　　(1)首先，以聚乙烯亞胺（PEI，Polyethyleneimine）作為單一氣敏材料，采用旋涂工藝在QCM上制備PEI敏感薄膜。研究不同濃度的PEI溶液通過不同旋涂工藝參數(shù)所成薄膜對器件性能的影響，選擇合適厚度的PEI薄膜制備參數(shù)。其次，利用多壁碳納米管（MWCNTs），氯化亞銅（CuCl）和淀粉（Starch），分別對P

3、EI進(jìn)行微量摻雜并利用旋涂工藝制備PEI復(fù)合薄膜，檢測其對CO2的響應(yīng)特性。最后，分別采用MWCNTs，淀粉和氧化錫（SnO2）作為支撐材料通過噴涂和旋涂工藝制備PEI分層膜QCM氣體傳感器，對比分析了分層膜對CO2氣敏響應(yīng)的影響。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，濃度為7.5mg/ml的PEI溶液通過旋涂工藝制備的敏感薄膜對的CO2氣敏響應(yīng)性能較好。由于淀粉具有較強(qiáng)的吸濕性且水分子能夠促進(jìn)胺基與CO2之間的化學(xué)反應(yīng)，相對于PEI單層膜，摻雜了

4、2mg淀粉的PEI復(fù)合膜在室溫下對CO2氣敏響應(yīng)性能更出色。比較具有支撐材料的PEI分層膜和PEI單層薄膜的氣敏性能差異，發(fā)現(xiàn)PEI-SnO2分層膜提高的傳感器的響應(yīng)，并減小了響應(yīng)回復(fù)時間。
　　(2)為了更好地解決環(huán)境因素對薄膜型傳感器造成的干擾這一問題，本文具體分析了濕度對PEI單層膜和PEI/Starch復(fù)合膜傳感器的影響，研究結(jié)果表明兩者對水分子均有一定的響應(yīng)，且水分子的存在促進(jìn)了薄膜材料與 CO2之間的響應(yīng)，同時PEI/