黄敬良[1]2001年在《等离子体在QCM传感器制备中的应用研究》文中研究指明等离子体有着诸多特殊的性质，是物质的一种存在状态。低温等离子体能高效产生各种活性粒子（中性的或带电的），常规条件下不能或不易发生的反应，在等离子体的环境中较容易发生，是一种低温高能的干式工艺。与一般的方法相比，低温等离子体有着诸多其它工艺替代不了的优点。在各个应用领域，科学家们争相引入这种工艺，以改善原有的工艺状况。 在第二章，较全面的介绍了等离子体的基本理论。从等离子体的概念出发，逐一阐明等离子体的主要特征量诸如等离子体的粒子密度、等离子体温度、德拜长度和等离子体鞘等。对等离子体的状态也简单介绍。低温等离子体的产生条件是指导如何应用等离子体的基本理论，同时简述了等离子体的发生设备与方法。采用简单易行的方法与普通的等离子体设备就能使等离子体技术在QCM传感器的制备中取得良好的应用。最后，阐述了等离子体聚合与等离子体表面该性在成膜方面的独特应用。 在“实验与分析”一章中较为详细地阐述了采用等离子体化学气相淀积的方法，以正丁胺作为碳源物质，通过射频辉光放电在低温低压条件下制得了正丁胺等离子体淀积膜。通过红外光谱分析，结合其物理性能和化学传感特性，对射频辉光放电制备的正丁胺淀积薄膜的化学组成与微观结构做了初步分析和研究。实验表明该膜是胺掺杂的氢化碳膜。在薄膜的生长过程中，由于存在大量的活性基团和自由基包括某种状态的氨基（NH_2~(-1)，NH~(-2)，氨基以基团的形式结合到碳膜的网状结构中。并以这种含胺氢化碳膜为工作载体膜，制得日本血吸虫病压电免疫传感器。涂膜叁乙醇胺QCM传感器在气相中表现出了对乙醛良好的响应选择性和高的响应灵敏度，但是器件的性能稳定性与可靠性不好。为了对涂膜表面进行有目的的改性，低温低压的条件下采用射频辉光放电的氢气等离子体处理叁乙醇胺涂膜表面。实验表明：处理后的叁乙醇胺涂膜QCM传感器依然表现出对乙醛的良好的化学选择性与灵敏度，同时最为重要的是，器件的性能大有改良：响应稳定可靠，易于再生，且使用寿命较长。等离子体在制备QCM传感器中的另一个方面的应用。 考察含胺氢化碳膜对液相中各种有机物质的浓度的频率响应。实验中，考察了该膜对液相体系中的甲酸的响应灵敏度，而且传感器的各项器件性能指标也作了比较分析。并把该系统用于液态体系中微量甲酸物质的的定性和定量检测，对其检测精度，检测下限等参数作了客观分析与比较。该QCM传感器，在液相中都表现出了对甲酸良好的响应敏感特性，在线性度、灵敏度、稳定性与重现性等方面均优良。有望用于对甲酸的在线检测。在“等离子体QCM化学传感器”一章中，详述了另一种重要的化学传感器—叁乙醇胺涂膜QCM传感器的传感特性与器件性能，并对处理前后的性能做了对照，等离子体表面改性处理后的叁乙醇胺QCM传感器对烷烃类的I性率高O00％）。假阳性率低O〕％），而且能定量区分不同日本血吸来病貉感染程度，可用于临床上日本血吸虫感染血消的定性和定量检测具有蹦的实际临床使用价值，
李继[2]2015年在《生物传感器表面功能化的研究》文中认为生物传感器是一种基于多学科交叉的检测平台,主要涵盖了物理学、化学、生物、微电子学以及机械学等相关学科。其工作原理是生物传感器表面的敏感元件与待测物发生相互作用后会产生一系列化学或物理信号,通过对该信号的放大、接收、转换、过滤以及输出,即可完成对待测物进行定量或定性分析。由于生物传感器相比于传统检测手段,具有检测精度高、检测速率快以及成本低等巨大优势,因此在医疗诊断、环境监测、食品卫生等领域均有广泛的应用。在生物传感器的相关应用中,通过对生物传感器表面进行不同的功能化修饰,即可对不同种类的病毒、抗体、抗原、以及其它有害物质进行检测,检测结果的精度与表面功能化的质量有关。近年来,随着国内外诸如埃博拉病毒、SARS病毒、H1N1禽流感病毒等关乎民生安全的问题的频繁发生,社会对于生物传感器的要求也越来也高。传统的生物化学检测方法对于这些病毒的检测通常需要数天、数周,甚至更长的时间才能获得结果。此外,在相关疫苗的制备研究中,还需更多的时间,因此如何提供一种兼具实时、精确、快速的检测平台,已成为目前国内外亟需解决的问题。近年来,随着电子技术和微加工手段的不断改进与发展,生物传感器进入微型化、便携化和智能化的新时期。这些技术的不断改进与发展,为解决上述问题奠定了技术基础。目前,压电式生物传感器和表面等离子体共振光学生物传感器因其具有极高的检测灵敏度和极好的信号响应,如石英晶体微天平(Quartz Crystal Microbalance, QCM)可达ng级,表面等离子体共振传感器(Surface Plasmon Resonance, SPR)可达pg级,已成为目前生物传感器的研究热点。因此,开展对压电式生物传感器和表面等离子体共振传感器表面功能化的研究,不仅可以满足生物传感器在病毒防疫、环境监测、食品安全、海洋环境保护等领域的检测要求,同时还能进一步推进生物传感器的产业化的进程,为社会创造更大的价值。本文基于两种传感器检测技术深入研究了传感器表面功能化的影响因素,并在该基础上,结合分子键裂技术、分子动力学原理、麦克斯韦电磁波传播方程以及有限元分析方法,为两种传感器在进一步检测灾害性物质的应用中提供了有效的检测手段和有力的理论支持。本文的主要研究内容包括以下四个方面：1.基于分子键裂传感器以及蒙特卡罗随机算法研究了硫醇分子在不同固化时间和不同固化温度的条件下,QCM金电极表面硫醇分子的吸附频率响应并建立了基于硫金相互作用的吸附模型,得出温度在60℃,固化时间为2小时的条件下,硫醇分子具有最好的固化效率。2.基于分子动力学原理,研究了混合硫醇对于免疫球蛋白G固化效率的影响,得出在长链硫醇与短链硫醇的浓度比为1：7时,能够固化最多数量的免疫球蛋白。该结构中自组装分子的倾角为29°,分子层厚度为21.765A,界面吸附能为-182.42KJ/mol。基于该结果,通过实验对其进行了验证,得出浓度配比1：7时,谐振频率的变化量最大,为243Hz,与理论结果一致。在修饰有IgG的QCM芯片表面,进一步固化了蛋白质A和蛋白质G,得出其谐振频率的平均变化量分别为464Hz和870Hz。通过分子键裂过程,获得了蛋白质G与IgG的特异性结合断裂电压点为2V,而蛋白质A与IgG的非特异性结合断裂电压点为0.5V,完成了对免疫物质特异性和非特异性的区分,从而为分子键裂传感器在医药,环境、食品安全等相关领域的进一步应用奠定了基础。3.采用Winspall光学仿真软件建立了一种基于菲涅尔公式的SPR模型,并得出了SPR激发结构中的不同部位最优尺寸参数。在此基础上,基于麦克斯韦电磁波传播理论并结合有限元分析方法,进一步建立了计算结果更为精确的模型,并通过实验进行了验证,得出有限元模型与实验结果的相对误差为0.1°,从而提供了一种能够准确描述电磁波传播过程的理论平台。4.建立了3D SPR模型并研究了混合硫醇在SPR表面共振曲线和共振角的变化,得出长链硫醇与短链硫醇浓度比为1：1,1：3,1：5和1：7时实验结果和理论结果共振角误差值分别为-0.3°,-0.3°,0.1°和0°,分析其原因主要是由于不同浓度配比的硫醇形成的结构会导致表面的粗糙度不同,从而使得共振角发生偏移,同时也说明了该理论平台的正确性。5.通过密度泛函理论研究了六种不同结构的碳纳米管介电常数中电磁波损耗因子与波长的关系,并在该结果的基础上,利用SPR电磁波传播模型分析研究了电磁波在碳纳米管材料中传播时不同卷曲形式对于电磁波损耗程度以及能量吸收的影响,得出结构为(9,0)的非手性碳纳米管最有利于电磁波在SPR传感器表面传播,在波长为632nm时,最佳的碳纳米管管束尺寸为116nm,其最大电磁波吸收功率为1.42×10-6W。该理论的研究,不仅拓宽了SPR电磁波传播模型的应用范围,也为后续对于生物大分子的研究奠定了基础。综上所述,本文通过对两种传感器表面功能化的研究,分别建立了两种理论模型,为后续提高传感器功能化表面的质量提供了理论支持。此外,基于传感器的功能化表面对免疫物质、有机小分子以及超分子的测量、识别和研究,以及为两种传感器在医疗诊断、环境卫生、食品安全等相关领域的进一步应用奠定了基础。
靖红军[3]2012年在《碳纳米管气/湿敏传感器的制备及特性研究》文中认为神经毒剂自其出现以来，用于战争和恐怖袭击事件时有发生，因此，发展和研制神经毒剂传感器，对国家和公共安全都有重要意义。碳纳米管以其极高的长宽比和比表面积，以及强的气体吸附能力，成为气体传感器中一种非常理想的敏感材料。本文分别采用气喷、丝网印刷、化学气相沉积、电泳和自组装工艺制备碳纳米管薄膜，并运用多种方法进行了表征和分析；制备了平面叉指电容型和平板电容器型传感器，测试和研究了碳纳米管传感器对甲基磷酸二甲酯（DMMP）蒸气的气体敏感特性。其主要内容包括以下几个方面：1.采用气喷工艺制备单壁碳纳米管平面叉指电容型传感器，在暴露到DMMP蒸气中时，电容迅速减小，电容响应幅度随着DMMP蒸气浓度的增加而增大，对12mg/m3DMMP蒸气的电容响应达到12.43%。传感器具有良好的重复性和选择性。同时也测试了传感器的电阻变化，电阻响应随DMMP蒸气浓度的增加而增加，其响应幅度比电容小约一个数量级。气喷多壁碳纳米管传感器、单壁碳纳米管和聚甲基-{3-[2-羟基-3,5-二(叁氟甲基)]苯基}-丙基硅氧烷（DKAP）复合薄膜传感器与单壁碳纳米管传感器有类似的电容响应特性，但其电容响应都显着变小，对12mg/m3DMMP蒸气的电容响应分别为1.39%和0.54%。复合薄膜中DKAP缠绕和包裹了单壁碳纳米管，减小了碳纳米管的有效表面积，使其电容响应明显小于相应的单壁碳纳米管传感器。实验还发现，具有较大初始电容和损耗角正切的传感器，薄膜更为稠密，形成的微孔尺寸较小，用于吸附的有效表面积较大，具有的电容响应更大。2.采用丝网印刷工艺制备单壁碳纳米管传感器，对50ppm (250mg/m3) DMMP蒸气的电阻响应为16.4×10-3。由于丝网印刷碳纳米管膜中残留有乙基纤维素等原料，所以其电阻响应幅度远低于气喷工艺所制碳纳米管传感器。该传感器具有很好的重复性和长期稳定性，但是其电阻恢复较慢，特别是在高浓度下较为明显。传感器对空气中存在的水、氧气和二氧化碳等气体选择性较好，但对NH3等强氧化还原性气体和醇、芳烃等有机蒸气的选择性很差。因为这些气体与残留的乙基纤维素有较好的吸附作用。丝网印刷单壁碳纳米管传感器上下板极之间形成的平板电容对DMMP蒸气也有响应，当暴露到20mg/m3DMMP蒸气中时，其电容响应仅为0.028%，低于电阻的响应。3.采用自组装工艺在QCM上制备了单壁碳纳米管气体传感器，由聚电解质聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDDA）和单壁碳纳米管层交替组装而成，发现传感器对湿度的响应明显大于DMMP蒸气的响应。并对比了含有-COOH和不含-COOH的碳纳米管原料对传感器湿敏的影响。结果发现，当湿度从20.9%变化到80.2%时，自组装PDDA/SWNT-COOH传感器和PDDA/SWNT QCM传感器的频率相对变化分别为16.64%和13.84%，前者相对于后者灵敏度提高了20.23%，而且选择性更好，响应时间更短，而恢复时间则更长，相应的湿滞也从3.9%增大到8.0%。这是因为含羧基的单壁碳纳米管在氧化处理后其π-π*转变结构和相应含氧官能团的含量高于经氧化处理的普通单壁碳纳米管。但是，两个传感器对60%饱和蒸气浓度DMMP蒸气的灵敏度却只有2.06%-2.17%。
张永胜[4]2006年在《氧化物半导体纳米结构制备及其电子场发射特性研究》文中研究表明随着科学技术的发展，对纳米材料的研究越来越重要。宽禁带金属氧化物纳米结构的制备和应用是当今纳米材料领域的研究热点之一，这些金属氧化物大多是优良的半导体材料，同时又具有纳米材料所特有的物理、化学特性。然而，不同形貌半导体纳米材料的制备与应用、生长机理与特性研究、电子场发射性能研究等涉及到许多新的学科和广泛的研究领域。新材料、新技术、新研究手段和方法将会不断涌现，研究的广度和深度也将会大大增加。因此，探索纳米结构的制备及其在电子场发射和传感器等方面的性能，在理论和实际应用上都具有非常重要的意义。在国家杰出青年基金(No．69925409)、国家自然科学基金(No．10374027、No．60476004)和华东师范大学2004-2005年度博士研究生科研基金的联合资助下，对不同衬底上宽禁带氧化物半导体纳米材料不同形貌的制备，图形化生长，尤其是精细图形化分层生长，ZnO纳米结构微纳电路的直接生长，电子场发射以及纳米ZnO和SnO_2等在传感器方面的应用，纳米ZnO和碳纳米管复合结构的制备与场发射特性，多种金属薄膜带的制备与场发射性能等进行了深入研究。主要的研究内容和创新性成果如下： 1．利用热蒸发气相输运方法，通过改变不同的工艺参数，在多种衬底(硅、石英、多孔硅、玻璃、纳米硅等)上成功制备了不同形貌的ZnO、SnO_2纳米结构，比较了不同生长参数对产品形貌的影响，分析了它们的生长机理，研究了它们的场发射性能。完成了硅衬底上鱼骨形GaN纳米结构的制备。对硅衬底上生长ZnO纳米结构图形化阵列进行研究，成功制得了整齐有序的矩形阵列，单元而积达到80×200μm~2，ZnO纳米结构具有很好的选区生长性，分析研究了该阵列的场发射性能，获得了优良的发射像。对实现高质量场发射象素具有重要的实用价值。首次对硅衬底上ZnO纳米结构精细图形化分层生长进行研究，采用两步方法，成功制备了高质量的环形微阵列，并实现了ZnO纳米线的准定向生长，阵列单元规则、一致，直径约为300μm，层次结构清晰，选择性良好。研究了其场发射性能，得到了与单元形状一致的发射像，为场发射平板显示器高清晰微画显示提供了实验上的根据。 2．首次对硅衬底上直接生长ZnO纳米结构微纳电路进行研究，利用催化剂图形化和气-液-固机制，成功制备了结构和功能复杂的微纳电路。作为纳米ZnO
范玲玲[5]2015年在《两种二茂铁探针的合成及其在QCM生物传感器组装与再生研究中的应用》文中进行了进一步梳理基于生物素-亲和素体系的石英晶体微天平(QCM)生物传感器相对其他生物传感器有很多优势。QCM的非标记性和实时在线检测的特点及生物素可以修饰多种生物分子和与亲和素特异性结合速度快等特点,使该类生物传感器在医学、食品安全和环境监测等领域得到广泛应用。但是石英晶片(金片)生产成本高,而且不同晶片的物理参数各不相同,修饰后的反应位点数也不确定,使得实验数据的可比性降低,严重制约了石英晶体微天平类传感器的研究和应用,因此实现生物传感器的再生迫在眉睫。同时,在生物传感器的制备过程中监控手段不直观,有待引入新的方法。本论文以具有特征电化学信号的二茂铁为分子探针,以Au-S键和生物素-亲和素键两种键合方式为组装和再生反应位点,分别设计并合成了巯基和生物素修饰的二茂铁探针并组装到金表面上,通过电化学方法来研究组装和再生过程,最后用QCM/LAMP(Loop-mediated Isothermal Amplification,环介导等温扩增技术)联用技术快速扩增金黄色葡萄球菌DNA的实验,验证再生方法的有效性。1.设计并合成了生物素修饰的二茂铁探针Bio-Fc和巯基修饰的二茂铁探针HS-Fc,并通过红外光谱、质谱、核磁氢谱和碳谱分别对其化学结构进行了表征。图2二茂铁探针Bio-Fc和HS-Fc的合成2.采用自组装法制备了HS-Fc修饰的圆盘金电极,并通过还原解吸法、UV/O3法、Piranha法和酸洗法(HNO3/HCl/H2O)对电极进行解吸附和再生。通过电化学手段、水接触角和原子力显微镜图对实验结果进行分析,结果表明:UV/O3法和还原解吸法成功地断开了Au-S键,实现了HS-Fc修饰电极的解吸附和再生;Piranha法和酸洗法(HNO3/HCl/H2O)实现了部分解吸附和再生;还原解吸法在电极处理过程中的阻抗值有规律可循,可预测实验结果,并且电极可至少再生9次;UV/O3法处理的电极可再生8次。3.通过巯基辛酸法和巯基乙胺法均成功地将Bio-Fc组装到金表面上制备了二茂铁修饰的生物传感器,结果表明巯基乙胺法制备的传感器重现性更强。同时,利用SDS溶液洗涤法和热再生法实现了传感器的再生。实验过程通过电化学手段、水接触角和原子力显微镜图加以表征。.4.通过QCM/LAMP联用技术快速扩增金黄色葡萄球菌DNA的实验,对研究的生物传感器再生方法进行了验证。结果表明:对于Au-S键,还原解吸法可使之断开并再生至少两次,UV/O3法可使之再生至少一次;对于生物素-亲和素键,SDS溶液洗涤法和热再生法均可使之断开并再生。
丁鹏飞[6]2014年在《纳米材料敏感/增强的QCM气敏和生物传感器的研究》文中提出石英晶体微天平(Quartz Crystal Mircrobalance, QCM)是基于石英晶体的压电效应对电极表面质量变化进行测量的传感器测量技术。它将晶体表面的微质量变化转换为石英晶振的谐振频率变化,从而进行纳克级的质量检测,是一种非常灵敏的质量型检测仪器,具有结构简单,成本低廉,灵敏度高,高度数字化,易于实时在线检测等优点。本课题致力于QCM化学／生物传感器的研制及其在气体检测和生化分析两个领域的应用研究,结合相应的纳米材料,分别实现了气相中特定气体分子的检测,以及液相环境中生化物质的特异性免疫分析,具有极高的应用价值和广泛的市场前景。本文分别对气敏传感器技术,生物传感检测技术进行了综述和分析。从气体敏感材料和检测方法两个角度分析了各种气敏传感器的敏感机理及特点；从生物固定化方法和免疫检测方法两个方面分析了各类生物传感器检测的工作原理及特点。详细阐述了QCM质量效应的理论基础,QCM的结构和等效电路等相关原理。并介绍了QCM传感器在气敏传感器和免疫传感器的研究进展和应用。针对目前邻苯二甲酸二丁酯(DBP)气体检测设备体积庞大,价格昂贵,操作复杂的缺点,本课题研究了聚苯胺纳米纤维修饰的QCM气敏传感器用于DBP的痕量气体检测。采用化学聚合超声振荡法制备聚苯胺纳米纤维,将聚苯胺纳米纤维溶液涂敷于QCM电极制得QCM气敏传感器,考察了气敏传感器对DBP气体响应的灵敏度,响应时间,重复性,选择性,及长时间稳定性；并通过对比分析了纳米材料改性对QCM传感器气敏性能的改进作用。课题研究了基于纳米金颗粒增强效应的双抗体夹心法的QCM免疫传感器用于微量白蛋白和C-反应蛋白的检测。实验采用自组装膜固定技术将抗体固定在QCM金电极表面制备免疫传感器,在液相条件下通过流动注射方式完成对蛋白质的特异性检测,并引入纳米金颗粒增强效应,形成双抗体夹心法检测,进一步放大抗原与固定抗体结合反应的信号,检测灵敏度得到改善。
戴云林[7]2011年在《基于杯芳烃涂膜QCM的超分子识别机理及其应用研究》文中研究表明涂膜石英晶体微天平(Quartz Crystal Microbalance, QCM)传感器由于灵敏度高和选择性好已成为工业有毒气体和环境大气污染物等在线监测应用方面的一个重要研究方向。对气体分子具有良好识别性能的涂层材料主要有大环分子和功能高分子化合物等,其中杯芳烃这种由烷基苯酚与甲醛缩合的寡聚大环化合物对客体小分子的高灵敏性和高选择性识别已成为超分子识别领域非常重要的研究热点之一。本论文采用四种杯芳烃超分子化合物(RCT、MRCT、PCT、TBCA8)为吸附涂层材料,探讨了涂膜QCM传感方法对微量有害小分子醇气体的响应性能和识别机理研究。实验发现,RCT是对甲醇和异丙醇蒸气识别最有效的吸附活性涂层材料,MRCT是对乙醇蒸气最有效的涂层材料,并优化获得相对于每种小分子醇气体检测的最佳涂膜量。将该涂膜QCM装置用于小分子醇气体样品的检测,均具有良好的灵敏度、重现性和稳定性,且回收率好。与气相色谱法比较,测定结果一致,表明该方法可应用于环境大气中小分子醇气体含量的测定。此外,对超分子主-客体间的识别动力学过程进行了拟合和分析,其中涂膜RCT传感器对甲醇气体吸附和解吸附的初速度分别为-0.2110 Hz/s和0.09497 Hz/s。通过RCT—MeOH单晶体的制备并对其进行X-ray衍射结构解析,发现超分子主-客体之间的识别机制是基于甲醇分子中的甲基与杯芳烃化合物的苯环之间形成了C–H….π键作用。更一步的研究探讨后,认为RCT是依靠其分子孔穴内四分子的π电子中心结构所形成的大负电中心π*而作用于甲醇分子中的甲基的。同样,对于乙醇和异丙醇分子的识别机制也做了探讨。同时认为RCT对异丙醇分子的识别机理可能是依靠π*对C–H的静电吸引作用;而MRCT对乙醇分子的识别,由于乙醇仲碳原子只有两个C–H,可能导致杯芳烃MRCT与乙醇分子中羟基之间的氢键作用占主导地位,形成强氢键作用的主-客体识别机制。借助于X-射线单晶体衍射数据的结构解析,本论文的研究将为新型化学生物传感器敏感活性物质的选择和设计提供理论指导,在超分子传感识别领域将具有重要的基础理论价值和研究意义。
朱西雷[8]2015年在《气隔压电传感器响应特性及监测碘的传质过程》文中研究指明石英晶体微天平(QCM)作为一种高灵敏度的质量型传感器，在电化学、溶液化学、生物传感器等领域中有关界面传质过程的监测方面获得广泛的应用。QCM传感器的核心敏感元件为AT切的压电石英晶体,为使其产生谐振，通常需在晶片表面喷镀两个“钥匙孔”形的金膜或银膜电极以施加高频激励电场，QCM传感电极表面的质量变化。当研究对象非电极本身而是覆盖在电极表面的修饰膜时，要求激励电极具有良好的化学稳定性，如果电极在使用过程中被腐蚀或溶解，QCM的谐振频率随之发生变化，将造成QCM谐振频率的基线漂移，影响传感器的检测灵敏度。当QCM在腐蚀性较强的环境中使用时，电极腐蚀不仅影响传感器的使用寿命，更造成频率测定结果的失真。本论文提出一种气隔电极式压电传感器的设计思路，有效地解决了电极腐蚀及其对质量测定的影响，使QCM能够在具有化学腐蚀性的环境中使用。主要工作包括以下两方面的内容：1.气隔电极式石英晶体微天平的阻抗特性研究为消除电极腐蚀对QCM频率稳定性的影响，本论文设计了气隔电极式QCM，在其构造中，激励电极与QCM之间隔着几毫米的空气层，高频激励电压借助于该空气层的传导施加在QCM上激发它谐振。为更好地了解气隔QCM的响应特性，采用阻抗分析法研究了该传感器的等效参数，并推导了它们与气隔电极、QCM等效电路之间的关系，讨论了电极间距、电极面积、电极形状和电极位置对该传感器谐振频率及等效电路参数的影响，为传感器的实际应用提供理论与技术指导。结果表明，气隔QCM的谐振峰强度远低于常规QCM的谐振峰强度，但有效品质因子仅有小幅下降，即使空气层厚度达到1cm，其值也在105水平。气隔QCM的动态电感、动态电容、动态电阻分别为QCM的(1+C0/C12)2，(1+C0/C12)2，(1+C0/C12)2倍，其中，C0为QCM的静态电容，C12为电极与QCM之间的空气电容。电极之间杂散电容的旁路效应造成气隔QCM有效品质因子的下降。在气隔QCM的应用中，气隔电极与QCM处于同心圆有利于提高其品质因子，但电极的位置具有很大的灵活性，可以根据需要偏离QCM的中心设置在QCM的旁边，气隔电极上的质量变化对QCM的谐振频率没有影响，彻底克服了常规QCM中存在电极腐蚀的不足。QCM甚至可以使用铬酸洗液处理，气隔QCM具有易于制备、耐腐蚀、使用寿命长、透光性良好便于将质量和光学测量组合联用的优点。2.气隔电极式石英晶体微天平监测碘在MOFs上的吸附金属有机框架配合物(Metal–organic frameworks，MOFs)是近年来广受关注的多孔晶体材料，具有超大的比表面积和孔容积、可调的孔径和拓扑结构、良好的热稳定性和化学稳定性等优点，在气体存贮、催化剂、药物可控释放、吸附与分离等领域有良好的应用前景。ZIF-8是一种典型的MOFs，它由Zn2+与2-甲基咪唑配位构成，其孔径结构与高比表面积使它成为优良的I2分子吸附剂，鉴于I2对金属电极具有很强的腐蚀性，在所设计的气隔QCM中，激励电极置于吸附池之外不与I2分子接触。利用两个并联组合的气隔QCM传感器同时监测了ZIF-8膜和石英表面吸附碘的过程，也试验了气隔QCM与吸光度测定的联用以提供吸附无分子结构方面的信息。同时，还设计了两个串联组合的气隔QCM传感器用于监测碘在两个ZIF-8膜之间的转移。
郑俊褒[9]2008年在《基于导电聚合物的QCM气敏传感器研究》文中研究说明气敏传感器是一种简便的气体检测方法,在环境监测、工农业生产、食品卫生、医疗诊断、军事和公共安全等许多领域有着广泛的应用前景。气敏传感器阵列与人工智能相结合构成的人工嗅觉系统弥补了单一气敏传感器存在的一些缺陷,拓展了气敏传感器的应用范围,同时也对气敏传感器的性能提出了更高的要求。研究和开发高灵敏度、快速响应、重现性好、体积小、工作温度度低、功耗低的气敏传感器具有十分重要的意义。本文概述了气敏传感器的研究进展,从敏感材料和检测方法两个角度分析了各种气敏传感器的优缺点以及性能改善的方法。针对食品检验、环境监测和医疗诊断等领域迫切需要检测叁甲胺气体这一需求,研究了以导电聚合物作为敏感材料的QCM(Quartz Crystal Microbalance,石英晶体微天平)气敏传感器。通过对QCM的工作原理及结构特点分析,在借鉴已有QCM信号检测方法的基础之上,作者首先开发了一套低成本的QCM测量系统,用于研究气敏传感器的性能。其次,采用乳聚法和添加少量表面活性剂诱导的方法分别制备了聚吡咯、水溶性聚苯胺,并将它们作为敏感膜材料制作了QCM气敏传感器。考察了这些传感器对叁甲胺气体响应的灵敏度、响应时间、恢复时间、重现性、选择性、寿命等多方面的性能。实验结果表明,在室温环境下传感器工作性能良好、稳定。这种气敏传感器制备方法具有操作简单、条件易于控制、耗时短、成本低等优点。还通过在苯胺聚合过程中添加TiO_2溶胶—凝胶的方法制得了聚苯胺—TiO_2纳米复合物,并考察了TiO_2纳米粒子对聚苯胺气敏性能的影响。研究发现聚苯胺—TiO_2纳米复合物的耐热性要比水溶性聚苯胺好。分析探讨了造成它们耐热性不一样的原因,为气体敏感材料的设计和改性提供借鉴。
陈自锋[10]2008年在《金纳米放大压电重金属离子检测研究》文中提出重金属是一种危害巨大的污染物,它不能降解,能长期在生物体内积累,含量极微即可表现出极大的毒性。因此重金属检测在医药、食品和环境等方面都是十分重要。现有重金属检测技术存在依赖大型仪器设备、耗费耗时、需要专门的技术人员进行操作,对某些重金属离子并不敏感,甚至无法检测等问题,难以适应当前检测工作的需要,寻求一种简单、快速、灵敏的重金属离子定性定量检测技术意义重大。本文首次将QCM传感技术和金纳米质量放大效应相结合,设计了一种基于金纳米信号增强的重金属离子QCM定量检测方法。通过重金属离子和纳米粒子在QCM电极的自组装引起电极表面质量变化来检测中重金属离子。先在QCM金电极表面修饰金属离子结合剂,用于吸附重金属离子。金属离子在QCM电极表面吸附完成后加入结合剂修饰的金纳米粒子,使之与QCM表面吸附的重金属离子结合。金属离子、结合剂修饰金基底和结合剂修饰的金纳米粒子叁者通过金属离子和结合剂之间相互作用在QCM表面形成一层叁明治结构的纳米复合物,引起QCM谐振频率显着下降,从而实现对重金离子的QCM检测。本文的具体研究工作分为以下几个部分:①采用柠檬酸钠还原氯金酸溶液制备金纳米粒子,经透射电子显微镜观察可知制得的金纳米粒子大小均匀,粒径为10±0.8nm,其形状呈球形,分散性较好.用紫外一可见光谱测得在517.5nm处出现特征吸收峰,且峰形较窄。通过实验分别研究了pH值和盐度对裸体纳米金、MBA修饰纳米金和短链寡核苷酸修饰(SH-T5)纳米金的稳定性影响,并从酸分布系数和双电层理论出发,对影响稳定性的机理进行了讨论,为后续实验做好准备。②用MBA修饰QCM电极和金纳米粒子,设计了一种基于MBA修饰的金纳米信号增强QCM重金属离子检测方法。金属离子和金纳米粒子通过MBA与重金离子间的络合配位作用在QCM电极表面进行自组装,引起电极表面质量变化,从而实现重金属离子检测。对溶液中的镉(Ⅱ)、铜(Ⅱ)、铅(Ⅱ)、钴(Ⅱ)、汞(Ⅱ)六种重金属离子进行了检测,并考察了干扰离子和pH值对检测结果的影响。实验证明该方法检测出限和灵敏度都比现有的QCM检测方法有较大的提高,尤其是对Cd~(2+)、Cu~(2+)、Pb~(2+)、的检测灵敏度高。③用能与汞(Ⅱ)离子进行特异性结合的富含胸腺嘧啶(T)的寡核苷酸(SH-T5)修饰QCM电极和金纳米粒子,设计了一种基于金纳米放大的QCM Hg~(2+)选择性检测方法。通过胸腺嘧啶能与Hg~(2+)较强的特异性结合作用使Hg~(2+)和SH-T5修饰金纳米粒子在QCM电极表面进行自组装,引起频率变化,从而实现对Hg~(2+)选择性检测。实验对不同浓度Hg~(2+)溶液进行了测定,并考察了Hg~(2+)检测的选择性。该方法对Hg~(2+)检测的灵敏度高,重现性好,抗干扰能力强。
参考文献：
[1]. 等离子体在QCM传感器制备中的应用研究[D]. 黄敬良. 湖南大学. 2001
[2]. 生物传感器表面功能化的研究[D]. 李继. 西南交通大学. 2015
[3]. 碳纳米管气/湿敏传感器的制备及特性研究[D]. 靖红军. 电子科技大学. 2012
[4]. 氧化物半导体纳米结构制备及其电子场发射特性研究[D]. 张永胜. 华东师范大学. 2006
[5]. 两种二茂铁探针的合成及其在QCM生物传感器组装与再生研究中的应用[D]. 范玲玲. 郑州大学. 2015
[6]. 纳米材料敏感/增强的QCM气敏和生物传感器的研究[D]. 丁鹏飞. 浙江大学. 2014
[7]. 基于杯芳烃涂膜QCM的超分子识别机理及其应用研究[D]. 戴云林. 长沙理工大学. 2011
[8]. 气隔压电传感器响应特性及监测碘的传质过程[D]. 朱西雷. 山东师范大学. 2015
[9]. 基于导电聚合物的QCM气敏传感器研究[D]. 郑俊褒. 浙江大学. 2008
[10]. 金纳米放大压电重金属离子检测研究[D]. 陈自锋. 重庆大学. 2008
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