表面等离子体激元共振溶胶-凝胶薄膜传感器

采用溶胶－凝胶金属氧化物半导体薄膜,作为表面等离子体激元共振效应的光化学传感器的传感介质。分析了金属Ag膜与传感薄膜的光学参数对传感器灵敏度的影响。通过在金属层与传感层之间优化设计中间层,进一步提高了传感器灵敏度。选择SnO2薄膜及SiO2薄膜作为传感层与中间层,对三种气体NH3、C2H5OH、C3H8进行气敏实验,结果表明结构优化的传感器具有更高的灵敏度。     

光纤SPR湿敏传感器及其共振光谱特性研究

提出并研制了基于光纤SPR传感探针的新型湿敏传感器。首先研究了光纤SPR传感探针对环境湿度变化的敏感特性,在此基础上提出在光纤SPR传感探针表面增覆不同厚度且具有水分子吸附功能的PVA薄膜来实现环境相对湿度的监测。研究结果表明,增覆双层PVA薄膜的光纤SPR传感探针在高湿区具有较好监测效果,其共振强度对应的相对湿度测量灵敏度达到1.59%/%RH,较光纤SPR探针呈现显著提高。而增覆单层PVA薄膜的光纤SPR传感探针在高湿区共振波长对应的相对湿度监测灵敏度达到2.411nm/%RH。此外所提出的新型光纤SPR湿敏探针在PVA薄膜失效后经过特殊工艺处理仍可重复镀膜使用。     

覆膜长周期光纤光栅在生化分析中的应用及研究进展

总结了纳米薄膜修饰的长周期光纤光栅在折射率生物传感器方面的研究进展,重点介绍了纳米薄膜对长周期光纤光栅折射率传感性能的影响,详细阐述了覆膜长周期光纤光栅在生化分析检测领域的应用,并对其在折射率传感方面的应用前景作了展望。     

覆膜长周期光纤光栅在生化分析中的应用及研究进展

总结了纳米薄膜修饰的长周期光纤光栅在折射率生物传感器方面的研究进展,重点介绍了纳米薄膜对长周期光纤光栅折射率传感性能的影响,详细阐述了覆膜长周期光纤光栅在生化分析检测领域的应用,并对其在折射率传感方面的应用前景作了展望。     

用于三层有源隔声结构误差传感的压电传感薄膜阵列及其优化设计

基于平面声源的三层有源隔声结构系统易于实现且具有良好的低频隔声性能,实现该系统需解决的关键问题是误差信号的检测.本文将压电传感薄膜聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride, PVDF)阵列检测简支梁辐射模态的理论拓展到二维结构, 并应用到三层隔声结构实现误差传感的优化设计.根据三层结构中特殊的能量传输规律, 对误差传感方案中目标函数的选取、PVDF数目确定以及传感系统优化等问题进行深入分析.研究表明, 由于辐射板能量主要集中在有限个振动模态上, 只需将少数经固定系数加权的PVDF薄膜输出电流求和即可获得前三阶辐射模态幅值.辐射模态幅值的检测值与理论值符合良好, 保证传感精度的同时有效简化了系统. 关键词： 三层有源隔声结构 误差传感策略 压电传感薄膜阵列 辐射模态     

用于电流传感的声表面波磁致伸缩效应

利用声表面波(SAW)磁致伸缩效应可以实现一种快速、高灵敏度的电流检测方法,但磁致伸缩薄膜内部矫顽力导致了明显的磁滞误差。磁致伸缩薄膜的栅阵化设计可以减小磁致伸缩时薄膜内部矫顽力,抑制磁滞现象,从而实现高灵敏和低迟滞误差的SAW电流检测。结合有限元和耦合模理论对沉积铁钴(FeCo)薄膜栅阵的声表面波电流传感器中的磁致伸缩效应进行分析,对传感响应进行仿真,确定优化的传感结构参数。为验证理论分析,实验研制了频率为150 MHz的声表面波电流传感器件,并结合差分振荡电路及亥姆霍兹线圈,建立传感器测试系统.实验结果表明,磁致伸缩薄膜的栅阵设计大幅降低了迟滞误差,并显著提升了传感器灵敏度。      

具有叠层超薄膜结构的高性能有机晶体管氨气传感器EI北大核心CSCD

研究了基于给-受体共轭聚合物双(2-氧代二氢吲哚-3-亚基)-苯并二呋喃-二酮和联噻吩(PBIBDF-BT)超薄膜叠层晶体管的电学性能及氨气传感特性。使用相分离方法以及转移-刻蚀步骤制备了不同堆叠层数的PBIBDF-BT超薄膜。系统地研究了PBIBDF-BT超薄膜堆叠层数与器件性能的关系。实验结果表明,单层PBIBDF-BT超薄膜器件对氨气具有良好的传感性能,电学性能较差。超薄膜叠层能够有效提高传感器的电学性能,随着超薄膜叠层数量的增加,器件迁移率不断上升;超薄膜层数增加为3层及更多时迁移率上升趋势变缓,迁移率最大值为0.58 cm^(2)·V^(-1)·s^(-1)。超薄膜叠层器件氨气传感性能在层数为2层后呈现下降趋势。通过PBIBDF-BT超薄膜叠层方法,制备出在1.0×10^(-5)氨气环境下,迁移率为0.23 cm^(2)·V^(-1)·s^(-1)、源漏电流变化百分比为90.7%、性能良好的OFET氨气传感器。     

具有叠层超薄膜结构的高性能有机晶体管氨气传感器

研究了基于给-受体共轭聚合物双(2-氧代二氢吲哚-3-亚基)-苯并二呋喃-二酮和联噻吩(PBIBDF-BT)超薄膜叠层晶体管的电学性能及氨气传感特性。使用相分离方法以及转移-刻蚀步骤制备了不同堆叠层数的PBIBDF-BT超薄膜。系统地研究了PBIBDF-BT超薄膜堆叠层数与器件性能的关系。实验结果表明,单层PBIBDF-BT超薄膜器件对氨气具有良好的传感性能,电学性能较差。超薄膜叠层能够有效提高传感器的电学性能,随着超薄膜叠层数量的增加,器件迁移率不断上升;超薄膜层数增加为3层及更多时迁移率上升趋势变缓,迁移率最大值为0.58 cm~2·V~(-1)·s~(-1)。超薄膜叠层器件氨气传感性能在层数为2层后呈现下降趋势。通过PBIBDF-BT超薄膜叠层方法,制备出在1.0×10~(-5)氨气环境下,迁移率为0.23 cm~2·V~(-1)·s~(-1)、源漏电流变化百分比为90.7%、性能良好的OFET氨气传感器。     

超分子有机薄膜

利用超分子有机薄膜技术能制成新的传感分子电子器件、光学器件和生物分子器件等，受到跨学科高技术研究领域的重视。本文描述了超分子有机薄膜的制备方法以及在各应用领域的研究状况。重点介绍了我们研究组在近20年工作中，利用LB膜技术，在光电器件、气体传感技术和光学非线性，特别是在生物传感技术方面的研究成果。按照生物体系提供的信息，模拟合成功能分子，建造有组织的分子组装体，以便用来研究依赖于分子排列的生物物理化学效应。     

高性能氧温双传感材料的研究

本文研究了荧光纳米材料与有机染料结合在多传感领域的应用:将荧光纳米材料CdSe/ZnS与有机染料铂(Ⅱ)四(五氟苯基)卟啉包埋于聚氨酯水凝胶D4,经过水解、缩合获得固体薄膜,来实现氧气浓度和温度的同时检测.利用发射峰在524nm的CdSe/ZnS荧光纳米材料提供温度传感,氧气传感则是基于发射峰为650nm的铂(Ⅱ)四(五氟苯基)卟啉的动态猝灭.所制得的薄膜具有良好的光学稳定性,由405nm的紫外光激发,得到两发射峰互不重叠的光谱.实验结果表明,在氧气浓度(0~30%)和温度(15~67℃)下传感膜能很好地应用于氧气和温度双传感系统,且氧气传感的灵敏系数为9.69×10-4,温度传感系数为-0.0035(误差在±0.0002),该技术为新型便携式多传感器提供了可能.     

包埋不同淡水耗氧菌BOD传感膜的光谱响应特征研究

利用四甲氧基硅烷（TMOS）、二甲基二甲氧基硅烷（DiMeDMOS）与聚乙烯醇（PVA）构成的有机改性材料分别包埋五种不同淡水耗氧菌,制备光化学生物耗氧量（BOD）的传感敏感膜,并在自行构建的BOD测定仪上考察其光谱响应行为。实验结果表明,分别包埋五种淡水耗氧菌和它们混合菌种的BOD传感膜对BOD的荧光强度响应范围为0～60 mg·L-1至0～120 mg·L-1,线性相关系数为0.976～0.997,响应时间为0.5～8.7 min,传感敏感膜可连续使用30 d以上。实验研究考察了不同实验条件下如温度和测定体系的pH对BOD传感膜响应的影响。实验结果发现,在4 ℃下保存12个月后,BOD传感膜仍保持原有响应值的85%以上,显示出较好的重复性和稳定性。初步应用结果表明,BOD传感膜可应用于地表水中的BOD检测。     

Chemical optimisation of a sol-gel procedure for the development of fluorescence Cu(II) nanosensors

A template-assisted sol-gel procedure was developed and optimised for the preparation of silica thin films embedding the fluorescent dye 3-(dansylamido)-propyl-triethoxysilane (DNS-APTES) for Cu(II) sensing purposes. The different parameters involved (solution composition, nature of the template, deposition and annealing conditions, post-synthesis deposition of additional coatings, etc.) were independently changed in order to evaluate their effect on the final microstructure, composition and sensor performances of the films. The optimisation procedure encompassed also the choice of the suitable parameters to ensure stability of the sensing films and to avoid the leaching of the fluorescent dye.Films prepared by using the non-ionic surfactant F127, without an additional coating and with a post-deposition annealing at 100 °C for 2 h, were proven to be the best performing ones, characterised by the largest and fastest fluorescence quenching. In particular, the presence of a template was demonstrated to play a major role in determining the efficiency of the sensing device. The surface and in-depth composition of thin films was analysed by X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) and Secondary Ion Mass Spectrometry (SIMS). The sensing performances of the films were tested by titration experiments with Cu²⁺.     

Optical and room temperature sensing properties of highly oxygen deficient flower-like ZnO nanostructures

Oxygen deficient zinc oxide (ZnO) thin films were deposited electrochemically on glass substrates which are pre-sputtered with pure zinc (Zn) metal. Well-arranged flower-like nanostructures are observed from the SEM micrographs. The purity and crystallinity of the deposited films were confirmed from X-ray diffraction studies supported by Raman studies. The broad and intense defect induced green emission confirms the high oxygen deficiency in the nanostructures. The flower-like structures as well as the oxygen defects present in the system are indeed very suitable for gas and chemical sensing applications. These films were used for room temperature sensing of three different chemicals viz. acetone, ethanol and ammonia. The sensor was found to be insensitive to the change in different concentrations of acetone while it was found to be sensitive to different concentrations of ethanol and ammonia. The sensor is most suitable for sensing ammonia at room temperature.     

Studies on thin films of TiO2 for resistance-based sensing of ethanol vapor at room temperature

We investigate the gas sensing properties of TiO₂ thin films prepared by spin coating. The presence of anatase and rutile phases in the sample was confirmed by powder X-Ray diffraction study. The thin film was characterized by FE-SEM and EDAX. The TiO₂ thin films were found to have good sensitivity towards ethanol compared to other gases. The sensing studies revealed the ethanol sensing properties of the thin film at room temperature even at lower concentrations. The response and selectivity of the film were also discussed in detail.     

The effect of UV irradiation on nanocrysatlline zinc oxide thin films related to gas sensing characteristics

The effect of ultraviolet (UV) light irradiation on the nanocrystalline ZnO thin films was investigated. The degree of crystallinity, electrical conductivity, optical properties and surface properties of ZnO thin films were measured as a function of UV irradiation time. It was found that the degree of crystallinity and electrical properties of ZnO films were affected by UV irradiation, however, no noticeable change in the surface morphology was observed. The gas sensing properties of as-deposited and UV irradiated films were also measured. It was observed that the gas sensing properties were affected by the UV irradiation. The irradiation time less than 5 min has improved the sensor while the irradiation time more than 5 min degraded the sensor characteristics for a UV power density of 2.45 W cm⁻².     

杂质银对氧化锌薄膜气敏光学特性的影响

用反应式射频磁控溅射方法制备了纯氧化锌（ＺｎＯ）薄膜和掺Ａｇ的ＺｎＯ气敏光学传感薄膜。测量了这些薄膜在ＮＯｘ气体中的透射光谱，然后由透射光谱获得了灵敏度的变化规律，发现掺Ａｇ后的ＺｎＯ薄膜对ＮＯｘ气体的灵敏度高于纯ＺｎＯ薄膜，用俄歇电子能谱（ＡＥＳ）测试了这些薄膜的组分，发现当掺Ａｇ量为５％时灵敏度最高，并结合朗缪尔（Ｌａｎｇｍｕｉｒ）型吸附平衡关系式解释了这些现象，理论和实验结果能很好的相符。     

掺稀土元素SnO2薄膜的气敏光谱

本文研究了掺入稀土元素La、Gd、Dy的SnO_2薄膜的气敏光学特性。测量了各种掺杂膜在乙醇、氨及丙酮气氛下的透射光谱。还从物质电子云分布的角度对其机理进行了讨论。     

ZnO纳米薄膜及其声表面波传感器的制备与特性研究

结合RF磁控溅射和水热合成法制备ZnO纳米结构薄膜,利用XRD及SEM分析ZnO薄膜的晶体结构和形貌、XPS分析薄膜的化学组分。结果表明,在适当的条件下,所制备的ZnO薄膜为具有良好c轴取向的纳米棒状结构,且ZnO纳米棒薄膜表面吸附的氧原子及晶格的氧空位缺陷增多。利用所制备ZnO纳米棒薄膜的上述特性,将其作为气体敏感材料。分别沉积于128°YX-LiNbO₃和36°YX-LiTaO₃基片,研制多层结构的声表面波(Rayleigh波和Love波)氢气传感器,并进行室温条件下氢气的实时传感检测,结果显示所研制的Love波传感器具有更高的灵敏度,性能更优化。      

基于钌配合物荧光猝灭氧二次传感BOD检测的研究

考察了利用溶胶-凝胶基质制备的氧荧光传感膜的光谱性质,实验结果表明,溶胶-凝胶基质与Ru(dpp)₃(ClO₄)₂配合物的基态之间不存在较强的相互作用,具有较好的透光性。将氧光化学传感器作为二次传感,制备了响应良好的光化学BOD微生物传感器,研究结果表明这种传感器对于较低浓度的BOD含量有着良好的线性范围,并且其响应活性保持良好,具有较长的使用寿命和良好的稳定性。