《基於納米金MSEF效應的爆炸物光纖感測系統關鍵技術研究》是依託上海電力大學，由初鳳紅擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於納米金MSEF效應的爆炸物光纖感測系統關鍵技術研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：初鳳紅
- 依託單位：上海電力大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高靈敏度、低成本、穩定、快速的爆炸物檢測技術是當前國內外安全領域的研究熱點。本項目基於螢光猝滅原理，利用納米金表面增強螢光效應，採用螢光指示劑螢光強度和壽命同時探測的方法，研究用於硝基芳烴類爆炸物檢測的塑膠光纖感測系統。建立納米金表面增強螢光效應的理論模型，深入研究納米金尺寸、形狀、二氧化矽殼層厚度等因素對螢光指示劑螢光強度的影響。實驗研究含有納米金和螢光指示劑的溶膠-凝膠敏感膜製備工藝。探索計算螢光壽命的相關算法和軟體實現，高靈敏度感測頭的最佳化設計、製備等關鍵問題。項目旨在根據國家反恐需要，對基於納米金表面增強螢光效應的硝基芳烴類爆炸物檢測系統的感測機理、檢測手段、整個感測系統的設計及最佳化進行有益探索，開發性能優良的爆炸物檢測系統。項目研究將為基於貴金屬表面增強螢光效應的光纖化學感測器提供理論依據和實驗基礎，並對反恐和環境保護產生重大的社會效益。
結題摘要
爆炸物檢測技術可以用於反恐、非金屬地雷探測和環境質量監測等領域。本課題將金屬表面增強螢光(MSEF)效應套用到硝基芳烴類爆炸物檢測領域，利用螢光猝滅原理，採用螢光指示劑螢光強度和壽命同時探測的方法，研究用於硝基芳烴類爆炸物檢測的光纖感測系統。主要研究內容為建立納米金表面增強螢光效應的理論模型，深入研究納米金尺寸、形狀、二氧化矽殼層厚度等因素對螢光指示劑螢光強度的影響。探索計算螢光壽命的相關算法和軟體實現。搭建爆炸物檢測平台，實驗研究微結構光纖和錐形光纖爆炸物檢測性能等關鍵問題。經過3年的研究，取得了以下成果: (1) 利用經典電動力學理論分析了納米金周圍表面電漿共振產生的電場增強、螢光指示劑螢光衰減速率的增加和由於螢光共振能量轉移引起的螢光減弱。理論分析結果如下: (a)增加納米金的半徑、降低二氧化矽殼層的厚度可以使螢光指示劑周圍局域電場增強； (b)包裹納米金的殼層厚度越厚，從螢光指示劑到納米金的表面能量轉移越小； (c)半徑是20nm的納米金粒子在入射光波長為600nm時，場增強因子最高為5左右； (d)包裹納米金的介質材料折射率越低局域電場增強因子越高，理論分析了當殼層折射率分別為1.42，1.92，2.42時，局域電場增強因子。結果為當殼層折射率為1.42時局域場增強因子最高，實驗中選用二氧化矽作為包裹材料。 (2) 實驗研究了輪形微結構光纖爆炸物檢測性能。採用壓力注入法將輪形微結構光纖的空氣孔內壁塗覆螢光指示劑，採用計算螢光衰減速率的方法檢測爆炸物濃度，用Matlab軟體和Origin軟體進行數據處理，擬合出螢光衰減速率。最終測得系統對硝基芳烴類化合物二硝基甲苯(DNB)的檢測下限為6.3ppm。 (3) 採用532nm的綠光半導體雷射器作為光源，利用光敏聚合法實驗研究了錐形光纖感測頭的製備工藝，並研究了該感測頭對DNB的測試性能。用提拉法將納米金@二氧化矽核殼結構塗覆於錐形光纖感測頭表面，實驗結果表明納米金可以增強螢光指示劑的螢光強度。 (4) 利用相移法實現了螢光壽命的測量。利用Protel軟體設計了光源的調製電路和螢光信號的放大電路，基於Labview軟體設計了基於相移法螢光壽命測量的程式。 項目研究為基於貴金屬表面增強螢光效應的光纖化學感測器提供理論依據和實驗基礎，並對反恐和環境保護產生重大的社會效益。
