《基於蝴蝶鱗片單梯度結構的多變數仿生氣敏元件研究》是依託吉林大學，由牛士超擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高效辨別和量化混合氣體中的單組分一直是氣體檢測及探測裝備面對的技術難題，自然界中的蝴蝶鱗片僅利用單一的梯度結構便實現了對多組分氣體的高度選擇性回響，具有較高靈敏度和穩定性，本項目以典型蝴蝶鱗片納米梯度結構為對象，重點進行多變數氣敏元件的仿生設計和製造研究，通過研究梯度結構表面張力和氣體分子的形狀、大小和摩爾體積對其氣敏特性的多變數作用機制，揭示翅鱗表面單梯度結構對多組分氣體的多變數氣敏特性機理，提出仿蝴蝶鱗片梯度結構的新型多變數氣敏元件的仿生設計原則和方法，綜合利用氣相沉積、深紫外光刻和濕法刻蝕等工藝，製造仿生多變數氣敏元件，使其具有高選擇性、靈敏度和精度。擬解決的關鍵科學問題：典型蝴蝶鱗片單梯度結構對多組分氣體的選擇性敏感特性機理及其多變數作用機制，基於蝴蝶梯度結構的多變數氣敏元件的仿生原理與製造方法。項目研究對於提高氣體檢測及探測裝備的選擇性、靈敏度與穩定性具有重要的理論和套用價值。
結題摘要
高效辨別和量化混合氣體中的單組分一直是氣體檢測及探測裝備面對的技術難題，自然界中的蝴蝶鱗片僅利用單一的梯度結構便實現了對多組分氣體的高度選擇性回響，具有較高靈敏度和穩定性，本項目首先確定了大藍閃蝶翅膀鱗片對氣體的最強敏感性，獲得了大藍閃蝶的結構特徵參數，建立了大藍閃蝶翅膀鱗片的結構特徵模型，分析了其對乙醇、乙醚、水蒸氣、乙醇氣體、乙醚氣體、二氧化碳氣體的敏感特性機理。從光子晶體及衍射光柵等光學理論出發，建立大藍閃蝶翅膀鱗片的結構模型，採用多層薄膜干涉理論計算分析了其敏感機理，利用理論計算以及Translight光學模擬，獲得了模擬結果，通過對比分析生物樣本的試驗結果，多層薄膜干涉理論計算結果以及模擬結果，揭示了大藍閃蝶翅膀鱗片對氣體的敏感特性。利用單次生物模板法對其進行仿生製造，並對其顯微形貌進行了多尺度表征。採用溶膠凝膠和選擇性腐蝕相結合的方法，成功地製造出兩種仿生複雜感知功能表面，其特徵尺寸與生物原型在同一尺度範圍，是多尺度複雜微納結構仿生製造的可行方案。提出了仿生全形度光學自穩定反射感測器的設計方法，以小天使鳳蝶綠色翅鱗為原始生物模板，通過對投料比和煅燒溫度等工藝參數的調控，從而實現了對全形度光學自穩定反射感測器的仿生製造，得到具有凹面弧度的凸包結構，增加了仿生感測器的受光面積和反射角度。並有望為新型仿生光學感測器的設計和研製提供一套可行的方案。本項目的研究將為開發具有混合氣體選擇性檢測功能的多變數氣體感測器研究奠定理論和技術基礎，對氣敏感測器的基礎研究和推廣套用具有重要意義。
