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《宁波大学》 2010年
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溶胶—凝胶氧传感薄膜的制备与表征

剪明明  
【摘要】:传感器在工业生产、环境检测、生物医学诊断、食品安全等领域具有十分广泛的应用,并且在向更高灵敏的光化学传感器件发展从而适应需求。传感器件结构通常相对简单,因此传感器的关键在于其敏感材料。溶胶-凝胶制备技术因其材料组成与制备工艺过程的灵活性、多变性,特别是能在低温下将化学和生物试剂在分子或纳米尺度水平上包埋在无机或者有机-无机杂化复合材料中,而成为制备光化学敏感材料的一种简单的制备技术。此外,随着科学技术的发展,人们对材料的要求也越来越高了,有机-无机杂化材料综合了有机聚合物和无机材料的优良特性,与相应的纯有机或无机材料相比具有更好的机械、热学、生物、光学和光电性能。因此利用溶胶-凝胶工艺制备有机-无机杂化光化学传感薄膜,其稳定性、响应时间、灵敏度及干扰能力等性能都获得提高。而氧气又是人类赖以生存的重要条件,而且氧气无所不在,探索和研制具有较高灵敏度的氧传感器逐已成为光化学传感器领域的一个研究热点。因此,本论文采用溶胶-凝胶法,以钛酸丁酯、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷和甲基丙烯酸为先驱体,掺杂荧光指示剂联吡啶钌Ru(bpy)32+来制备有机-无机氧传感薄膜,并搭建光传感了测试装置,对掺杂薄膜的光传感性质性质进行了测试。 第一章讨论了选用溶胶-凝胶法以及用这种方法制备有机-无机杂化材料的特点以及应用情况等,并且综述了光化学传感器的研究现状与发展,最后提出了论文研究的主要内容,研究思路及研究意义。 第二章介绍了氧传感器的基本原理以及发展概况。包括了对氧敏感的荧光物质和光化学氧传感器支持体系的研究。 第三章介绍了以钛酸丁酯、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷和甲基丙烯酸为先驱体制备了有机–无机溶胶–凝胶杂化材料,用旋涂法在单晶硅片或石英玻璃基片上制备了其光学薄膜。使用Fourier变换红外光谱仪、Abbe折射仪和光吸收谱仪等测试了所得有机–无机复合TiO_2–SiO_2光学薄膜的结构基团、折射率和发光光谱。通过改变其中的钛酸丁酯和甲基丙烯酸含量来调节材料的折射率。对一次旋转涂膜(转速1 200 r/min,持续时间20 s)制备的样品,测出其折射率为1.4~1.5。并对无水杂化薄膜进行了初步探索。 第四章介绍了在杂化材料基质中掺入染料分子联吡啶钌Ru(bpy)_3~(2+) ,从而制备出对氧敏感的杂化光学薄膜,研究了杂化薄膜的折射率,红外光谱等性质,杂化薄膜在蓝色发光二极管(559 nm)激励下发出明亮的橙红色光(604 nm)。 第五章介绍了氧的光传感测试装置搭建,利用该测试装置测试了组成不同比例的光学薄膜在了蓝色发光二极管激励下发出的橙红色光的强度的变化情况,并测试了杂化薄膜在不同浓度氧气中受激发的光强的变化,从而研究氧传感特性。实验表明,氧气存在下,基质材料中MAA与TBT的含量越多,传感薄膜的发光越强;随着氧气浓度的增加,在氧荧光猝灭原理的影响下,氧传感薄膜的发光越来越弱。 第六章是结论部分,将实验研究所得到的主要结果及结论进行总结概括,并对氧传感器的发展进行了展望。
【学位授予单位】:宁波大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TB43

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