QCM甲醛传感器的有机敏感薄膜研究
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QCM甲醛传感器的有机敏感薄膜研究
作者:魏传宇 Publish: 2006-2-23 Hits:-
【中文题名】 QCM甲醛传感器的有机敏感薄膜研究
【英文题名】 Study on the Organic Sensing Films of Quartz Crystal Microbalance Based Formaldehyde Gas Sensors
【学科专业】 通信与信息系统
【论文级别】 硕士论文
【投稿时间】 2006-2-23
【中关键词】 压电传感器,频率测量,甲醛气体,分子模拟,,
【英关键词】 quartz crystal microbalance,measurement of frequency,formaldehyde gas,molecular simulation,
【分类导航】 工业技术>自动化技术、计算机技术>自动化技术及设备>自动化元件、部件>发送器(变换器)、传感器>
【论文摘要】 作为一种很有发展前途的传感器件,压电体声波传感器具有高灵敏度、宽响应谱、价格低廉、操作简单及实时输出等优点,尤其是基于质量效应构制的石英晶体微天平具有很高的质量响应灵敏度,特别适合生物分子的测定而广泛用于临床化学,药物分析,环境质量等诸多领域。而在石英晶体微天平传感器的构制中,选择合适的化学薄膜及相应的修饰技术一直是人们的研究热点。如何有效、简单、方便、快捷地进行敏感膜的修饰是在构制石英晶体微天平传感器时首先要考虑的问题。 本文针对人们关注的甲醛气体检测问题,以压电石英晶体为传感器件,从对甲醛气体敏感的膜材料的选择出发,研究了多种类型的有机敏感膜的性质,成功地进行了有机薄膜材料在压电石英晶体表面的修饰。 为选择恰当的有机敏感薄膜,本文应用分子动力学理论对压电传感器表面发生的分子反应进行了初步探讨,对甲醛分子在有机敏感膜表面上的吸附及其亲核加成反应进行了分子级的计算机模拟研究;提出了甲醛分子在有机敏感薄膜上的吸附反应的动力学模型;将计算机模拟的薄膜对甲醛气体进行了测试分析,结果表明二者具有较好的拟合性,验证了所提出的动力学模型。 基于所讨论的多种敏感膜,研制出了酰胺类、...
【论文题纲】
摘要 4-5
Abstract 5-9
1 绪论 9-16
1.1 石英晶振微天平传感器概述 9-10
1.2 QCM传感器的国内外发展现状 10-13
1.3 研制甲醛气体传感器敏感材料的意义 13-15
1.3.1 甲醛的来源和危害 13-14
1.3.2 研制甲醛气体传感器敏感材料的意义 14-15
1.4 本文开展的主要工作 15-16
2 QCM气体传感器的工作原理及其测试系统 16-23
2.1 QCM传感器原理 16-19
2.1.1 石英晶体的压电效应 17
2.1.2 QCM气体传感器的结构 17-18
2.1.3 质量效应型QCM传感理论 18-19
2.2 阵列式QCM气体传感器测试系统 19-23
2.2.1 系统工作原理 19-20
2.2.2 起振差频电路 20-21
2.2.3 频压转换电路 21-22
2.2.4 A/D转换模块 22-23
3 对甲醛敏感的有机材料的分子模拟研究 23-56
3.1 分子模拟技术简介 23-25
3.2 分子模拟技术在敏感膜材料制备领域的应用 25
3.3 分子动力学基本原理 25-43
3.3.1 平衡态分子动力学运动方程 27-28
3.3.2 运动方程数值积分 28-32
3.3.3 作用力的计算 32-34
3.3.4 周期性边界条件 34-35
3.3.5 初始条件 35-36
3.3.6 标度因子 36-38
3.3.7 势函数 38-39
3.3.8 时间关联函数(Time Correlation Function) 39-42
3.3.9 非平衡态分子动力学方法 42-43
3.4 分子模拟软件Materials Studio~(TM) 43-44
3.5 本论文采用的分子模拟功能模块 44-45
3.6 模拟策略 45-46
3.7 建立物理模型 46-49
3.8 甲醛在各个有机分子表面吸附行为的模拟 49-52
3.9 甲醛与有机分子的吸附自由能模拟分析 52-56
4 敏感薄膜制备及对甲醛气体测试的结果与分析 56-66
4.1 主要仪器与试剂 56
4.2 甲醛气体浓度标准曲线的绘制 56-58
4.3 石英晶振预处理 58
4.4 薄膜的涂敷与固定 58-61
4.5 试验方法 61
4.6 待测膜材料对甲醛气体响应结果与讨论 61-62
4.7 丙烯酸酰联氨高分子膜对甲醛气体响应的研究 62-66
4.7.1 高分子膜对甲醛响应的重复性和线性度 63-64
4.7.2 高分子膜对甲醛响应的稳定性 64-66
结论 66-67
参考文献 67-71
附录A 动态标定系统电路原理图 71-72
攻读硕士学位期间发表学术论文情况 72-73
致谢 73-74
大连理工大学学位论文版权使用授权书 74
【DOI】 LunWen.ID:2.2008.377686
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