《基於沸石的微波式VOCs感測器研究》是依託寧波大學，由鄭雁公擔任負責人的國家自然科學基金資助面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於沸石的微波式VOCs感測器研究
- 依託單位：寧波大學
- 項目負責人：鄭雁公
- 項目類別：面上項目
項目簡介,結題摘要,
項目簡介
採用微波換能技術是感測器的發展方向之一。將微波換能技術與氣敏技術相結合，可以使氣體感測器具有無源和無線檢測方式等優勢。但較低的靈敏度限制了其套用範圍，主要原因是缺少理論研究的支撐。對於微波氣體感測器，其敏感信號主要表現為介電回響，而這種回響是源自於材料內微觀極化與氣體的作用。因此本項目採用沸石作為功能材料，以VOCs為目標氣體。主要研究以下內容：1、沸石內多種微觀極化與VOCs分子之間的反應，以及這種反應對介電常數的貢獻；2、在沸石表面複合多種材料，它們之間的界面極化對介電回響的作用機理。本項目的實施將揭示沸石基材料對VOCs的介電敏感機理。
結題摘要
微波氣體感測器是一種新型的氣敏元件，由於其被動激發的工作方式，因此具有無線，無源，非接觸檢測的優勢。雖然已有一些關於微波氣體感測器的套用研究，但氣敏材料在微波頻率內的敏感機理尚缺乏深入的研究。本項目主要從研究材料的微觀極化與氣體相互作用出發，探索材料在微波頻率下的敏感機理。主要開展了以下三項研究。（1）沸石對氨氣吸附的微波介電常數敏感機理研究。採用自由空間法測試了沸石在不同氨氣濃度下的微波介電常數的變化，測試結果發現沸石的介電常數隨著氨氣濃度的增大而上升。採用多種表征手段和密度泛函式理論計算，證明氨氣吸附在沸石中金屬陽離子上，由於配位的形成改變了陽離子在沸石中的結構，拉長了陽離子與沸石骨架之間的化學鍵，增強了沸石的離子極化，從而導致介電常數的增加。（2）多種複合材料的微波介電常數測試和表征。製備了碳納米管，納米鈀和納米金與納米氧化鋅的複合材料，並且採用共面波導的方法測試三種複合材料在氨氣中的微波介電常數，結果表明複合材料表現出較高的靈敏度，最低檢測極限可達1ppm，靈敏度為介電常數變化率為0.012/ppm。（3）在敏感信號處理方面，研究了獨立主元分析（ICA）在電子鼻信號處理中的識別能力。由於ICA是對數據矩陣進行高階的正交分解，因此ICA所提取的特徵向量應該具有更好的分辨能力和更多的信息變數。因此在對感測器陣列信號處理中引入ICA進行特徵提取，大大提高了感測器陣列在定性和定量識別中的精度和正確率，ICA會更好的發掘感測器陣列信號中的信息變數，提高電子鼻的識別能力。在本項目資助的一年中，發表論文5篇，其中SCI檢索3篇，2篇論文在投。申請發明專利2項。培養碩士生一名，在讀碩士生4名，在讀博士1名。
