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《湖南大学》 2004年
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单分子层包裹的金纳米粒子的电子传输传感研究

庞鹏飞  
【摘要】:本论文研究单分子层包裹的金纳米粒子间的电子传导机理及其传感应用,主要包括三部分的工作:1).合成了1-辛基硫醇、2-苯乙基硫醇单分子层包裹的金纳米粒子,将其涂敷于叉指微电极表面所构成的纳米粒子半导体敏感膜化学阻抗传感器,用于挥发性有机气体的检测分析。采用交流电桥同时测定了传感器的电阻和电容响应。通过对传感器在不同湿度下对具有不同极性和官能团的有机化合物气体的电阻和电容响应模式,以及传感器对不同水蒸汽浓度的电阻和电容响应模式的研究,探讨了传感器的响应机理和电子在单分子层包裹的金纳米粒子之间的传输机理。传感器对水蒸汽的响应,在低湿度时表现为正电阻响应(电阻增大)和零电容响应;在高湿度时表现为负电阻响应(电阻减小)和显著的正电容响应。2).以所合成的1-辛基硫醇单分子层包裹的金纳米粒子为前躯物,采用1,6-己基二硫醇通过交换-交连反应制备了三维金纳米粒子薄膜,并沉积于叉指微电极表面构成金纳米粒子半导体敏感膜化学阻抗传感器。比较了交连的三维金纳米粒子薄膜与未交连的金纳米粒子的传感特性差异,探讨了交连对电子传导及传感特性的影响,比较了三种不同的金纳米粒子核-壳结构对传感器的响应灵敏度和抗湿度能力的影响,长链的正辛基硫醇单分子层包裹的金纳米粒子传感膜对有机气体的响应灵敏度最高,而交连的三维金纳米粒子薄膜具有最强的抗湿度能力。3).进行了化学阻抗传感器和石英晶体微天平的协同测试研究。利用化学阻抗传感器和石英晶体微天平不同的响应机理,通过在线观察纳米粒子敏感膜吸附挥发性气体时所导致的电子信号和质量信号的变化,研究了纳米粒子敏感膜的吸附和响应机理。 本论文工作中选取了四种具有不同极性和官能团的化合物:甲苯、乙酸乙酯、乙醇和丙酮作为测试样品。传感器电阻和电容响应信号与分析物浓度在一定区间具有线性关系。传感器对挥发性气体的响应灵敏、快速、可逆,具有一定的选择性。湿度对传感器响应灵敏度影响的测定结果表明:疏水性的甲苯和乙酸乙酯受湿度影响较小,而亲水性的乙醇和丙酮响应灵敏度受湿度影响较大。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:O657.1

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