基於聚合物納米複合材料的新型全息環境感測裝置研究

《基於聚合物納米複合材料的新型全息環境感測裝置研究》是依託天津理工大學，由於丹擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於聚合物納米複合材料的新型全息環境感測裝置研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：于丹
• 依託單位：天津理工大學

項目摘要

環境質量安全對於人們的生產生活有著重大影響。為保護健康，人們藉助多種儀器檢測環境質量，其中環境感測器是諸多檢測儀器中至關重要的一種。本申請研製新型光致聚合物納米複合材料，並基於該材料研製對有機蒸汽敏感的全息環境感測器，實現安全、高效的環境質量檢測。選用沸石納米粒子摻雜的丙烯醯胺聚合物系統作為感測器記錄介質。利用記錄於光致聚合物中全息光柵與環境因素間的有機聯繫實現對環境參量的表征與檢測。將具有高吸附能力的多孔沸石納米粒子摻雜於聚合物中，通過探測沸石納米粒子吸附有機蒸汽後導致的光柵全息性能改變，實現對有機蒸汽種類及濃度的檢測。項目探索感測機理，通過系統的實驗測試完成全息感測器的性能測試與分析。該研究對於實現低價、環保、便捷的環境質量檢測有著重要的套用價值，並為聚合物基全息光學裝置的研發提供科學依據。

結題摘要

聚合物納米複合材料全息感測器是一種新型的光學全息感測裝置，目前國際上對於該類感測器的研究還處於起步階段。本項目對感測器的材料製備與感測特徵進行了詳細的研究，主要內容包括五個方面。第一，將具有吸附能力的納米沸石摻入丙烯醯胺聚合物，研製出具有高吸附能力的光致聚合物材料，測試並最佳化了材料的全息性能。第二，研製出兩種類型的光學全息感測器：傾斜光柵透射式感測器與反射式感測器。實現了對特定環境因素的定量感測，包括：溫度、濕度、有機氣體濃度等。實驗測試結果表明衍射光強度改變適合標定透射式感測器，衍射譜峰值位置適合標定反射式感測器。第三，依據衍射強度的變化規律證明了納米沸石粒子的吸附特性，並量化了沸石對摺射率調製度的影響程度。第四，通過降低感測材料的厚度，並採用無基底感測方式進行創新，實現了感測器靈敏度的顯著提高，其最小濃度間隔為ppm量級，回響時間達到秒數量級。第五，對比不同環境因素的實驗數據，證明了吸附感測過程具有單一選擇性。項目分析了吸附感測的物理機制，通過理論模型對感測過程進行了數值描述。總結項目的研究成果，發表了多篇SCI論文，並研製成功了對環境敏感的全息感測器，為該裝置的實用化奠定了理論與實驗基礎。