第七章 表面质量型部分

1、1无论做人还是做事，我认为务必信守这一点，有多大的力就做无论做人还是做事，我认为务必信守这一点，有多大的力就做多大的事，千万不要超出能力范围之外去做无法掌控的事情，多大的事，千万不要超出能力范围之外去做无法掌控的事情，即要即要量力而为量力而为。欲速则不达，凡事遵循客观实际，不贪大求快。欲速则不达，凡事遵循客观实际，不贪大求快。量力而为我想还包含另一层含义量力而为我想还包含另一层含义尽力而为尽力而为充分发挥人充分发挥人的主观能动性。不怕远就怕弯，就怕不自量力摔痛了也不知回的主观能动性。不怕远就怕弯，就怕不自量力摔痛了也不知回头。头。 - 引自引自蒋锡培蒋锡培2013年年10月月23日所发微博日所

2、发微博 1. 甲基膦酸二甲酯（甲基膦酸二甲酯（DMMP）质量敏感）质量敏感型气体传感器的制备及特性研究型气体传感器的制备及特性研究3主要内容主要内容一一研究意义研究意义二二基本原理和实验方法基本原理和实验方法三三PVDF-QCM传感器特性研究传感器特性研究4一、一、 研究意义研究意义1.1 化学战剂化学战剂1.2 毒剂探测的研究现状毒剂探测的研究现状1.3 论文选题及意义论文选题及意义51.1 化学战剂化学战剂国家安全及人民生命安全面临问题国家安全及人民生命安全面临问题 东京沙林事件东京沙林事件（1995年）年）齐齐哈尔芥子气中毒事件齐齐哈尔芥子气中毒事件（2003年）年）6化学战剂分类化学战

3、剂分类化学战剂化学战剂失能性毒剂失能性毒剂窒息性毒剂窒息性毒剂全身中毒性毒剂全身中毒性毒剂神经性毒剂神经性毒剂糜烂性毒剂糜烂性毒剂刺激性毒剂刺激性毒剂对乙酰胆碱酯酶（对乙酰胆碱酯酶（AchE）的活性有强烈地抑制作用，的活性有强烈地抑制作用，有机磷酸酯类衍生物有机磷酸酯类衍生物接触后能引起皮肤、眼、接触后能引起皮肤、眼、呼吸道等局部损伤呼吸道等局部损伤主要代表有芥子气和路易氏剂等主要代表有芥子气和路易氏剂等经呼吸道吸入，经呼吸道吸入，破坏细胞呼吸功能破坏细胞呼吸功能主要代表有氢氰酸、氯化氰等主要代表有氢氰酸、氯化氰等损伤呼吸系统，导致缺氧和窒息损伤呼吸系统，导致缺氧和窒息主要代表有光气、双光气等

4、主要代表有光气、双光气等 思维、情感和运动机能障碍思维、情感和运动机能障碍 主要代表有毕兹主要代表有毕兹 对眼和上呼吸道有强烈刺激作用对眼和上呼吸道有强烈刺激作用 主要代表有苯氯乙酮、亚当氏气、主要代表有苯氯乙酮、亚当氏气、西埃斯和西阿尔西埃斯和西阿尔 71）常用检测技术）常用检测技术a. 化学比色法化学比色法b.色谱质谱技术色谱质谱技术c.离子迁移谱离子迁移谱1.2 研究现状研究现状M-8M-8毒剂检测纸毒剂检测纸特定的不同的比色管特定的不同的比色管不能区分种类不能区分种类M90-D1-C CHEMICAL WARFARE AGENT DETECTOR（使被检测的样品蒸气或微粒离化形成离子，

5、使被检测的样品蒸气或微粒离化形成离子，然后让离子在弱电场中产生漂移；迁移率不同，然后让离子在弱电场中产生漂移；迁移率不同，漂移时间不同漂移时间不同 ）81）常用检测技术）常用检测技术a. 化学比色法化学比色法b. 色谱质谱技术色谱质谱技术c. 离子迁移谱离子迁移谱d. 红外光谱红外光谱e. 火焰光度法火焰光度法f. 质量敏感型传感器质量敏感型传感器JSLSCAD：不同结构的化合物分子在吸收不同结构的化合物分子在吸收红外光时，分子转动和原子振动时所需的能量红外光时，分子转动和原子振动时所需的能量不同。不同。 AP2C CW Detector当染毒空气进入检测室后，经火焰燃烧，含磷当染毒空气进入检

6、测室后，经火焰燃烧，含磷和硫元素的混合物分别产生次磷酸和单质硫。和硫元素的混合物分别产生次磷酸和单质硫。在一定的火焰温度下，磷和硫发射出特定波长在一定的火焰温度下，磷和硫发射出特定波长的光，经光电倍增管转换成电信号后得到与被的光，经光电倍增管转换成电信号后得到与被测物浓度相关的检测结果。测物浓度相关的检测结果。 JCAD核磁共振核磁共振毛细管电泳毛细管电泳电化学电化学上述几种检测技术联合使用上述几种检测技术联合使用92）质量敏感型传感器）质量敏感型传感器 体积小体积小 携带方便携带方便 灵敏度高灵敏度高 抗干扰能力强抗干扰能力强 智能程度高智能程度高 可远距离探测可远距离探测QCMSAW体声波

7、传感器 声表面波传感器 石英晶体微天平石英晶体微天平 101986年年NRL，112MHzSAW延迟线延迟线含氟聚合物含氟聚合物3）敏感薄膜研究概况）敏感薄膜研究概况国外国外 美国美国70年代初年代初9MHz的的QCM无机材料无机材料1979年年Wohltjen和和Dessy SAW延迟线延迟线1997年年NRL，200MHzSAW谐振型谐振型BSP系列系列113）敏感薄膜研究概况）敏感薄膜研究概况国外国外 美国美国 法国法国 新墨西哥新墨西哥 荷兰荷兰 德国德国1995年年98MHz SAW延迟线延迟线FPOL2001年年111和和115MHzLove波延迟线波延迟线FPOL1992年，年，

8、98MHzSAW延迟线镀金延迟线镀金铜系配位化合物铜系配位化合物1999年年97MHz SAW延迟线延迟线+FT-IR-ERS铜、镍离子配位化合物铜、镍离子配位化合物1994年年78MHz SAW延迟线延迟线镧（镧（）配位化合物）配位化合物1996年年148MHz SAW延迟线延迟线硫醇及其衍生物硫醇及其衍生物123）敏感薄膜研究概况）敏感薄膜研究概况国内国内 起步较晚，只有起步较晚，只有北京防化研究院、北京防北京防化研究院、北京防化指挥工程学院、电子科技大学化指挥工程学院、电子科技大学等有所报等有所报道道p 北京防化研究院北京防化研究院 2003年，电化学聚合聚邻苯二胺分子印迹纳米膜年，电化

9、学聚合聚邻苯二胺分子印迹纳米膜, QCM 2005年，年，159MHz延迟线延迟线SAW 2007年，年，300MHz延迟线延迟线SAW，EWC/SPUDT结构结构131.3 选题依据选题依据国内起步晚国内起步晚 参与的研究单位也比较少，大部分还在实验室研究阶段参与的研究单位也比较少，大部分还在实验室研究阶段 实用化产品基本上需要从国外购买实用化产品基本上需要从国外购买 对化学战剂的检测在和平时期的日常生活中对化学战剂的检测在和平时期的日常生活中也不能轻视也不能轻视14二、二、基本原理和实验方法基本原理和实验方法 QCMhf10262mf10262f206206.hmfQCM：两面镀有金属电极

10、的晶片上加高频交变电压时，晶片两面镀有金属电极的晶片上加高频交变电压时，晶片就会做周期性的机械变形振动，同时两表面产生周期性的正就会做周期性的机械变形振动，同时两表面产生周期性的正负电荷。在一般情况下，晶片机械振动的振幅和交变电场的负电荷。在一般情况下，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅都非常微小，只有振幅都非常微小，只有当激励信号周期与晶片本身固有的谐当激励信号周期与晶片本身固有的谐振周期相同时，振幅才急剧增加，这种现象称为压电谐振振周期相同时，振幅才急剧增加，这种现象称为压电谐振。利用石英晶片压电谐振现象可制成利用石英晶片压电谐振现象可制成石英晶体谐振器石英晶体谐振器。 m：单位面积上的质

11、量变化；：单位面积上的质量变化； h：薄膜厚度：薄膜厚度15二、二、基本原理和实验方法基本原理和实验方法 SAW22120204()()()2Rfkkhfk hfV 质量沉积效应质量沉积效应(mass loading effects) 粘弹效应粘弹效应(viscoelastic effects)质量沉积效应质量沉积效应是薄膜质量的改变导致是薄膜质量的改变导致IDT谐振频率的偏移；谐振频率的偏移；声电效应声电效应是由薄膜的电导率变化导致是由薄膜的电导率变化导致SAW的波速和衰减变的波速和衰减变化；化；粘弹性效应粘弹性效应是是SAW传播路径上覆盖的薄膜（尤其是聚传播路径上覆盖的薄膜（尤其是聚合物）

12、机械特性会由于合物）机械特性会由于SAW的传播而改变的传播而改变。 162.1 模拟剂的选择模拟剂的选择 结构相似；结构相似； 官能团相近；官能团相近； 物理或化学性质接近物理或化学性质接近.POCH3OOCH3CH3甲基膦酸二甲酯甲基膦酸二甲酯dimethyl methylphosphonateDMMP 172.2 传感器测试体系传感器测试体系静态静态动态动态SAW18 DMMP气体浓度气体浓度与传感器响应特性关系与传感器响应特性关系 传感器的传感器的重复性重复性和和稳定性稳定性 温度温度对传感器性能影响对传感器性能影响 湿度湿度与传感器响应特性关系与传感器响应特性关系 干扰气体干扰气体的测

13、试的测试 LB法法PVDF膜传感器特性膜传感器特性三、三、 PVDF-QCM传感器特性研究传感器特性研究19三、三、 PVDF-QCM传感器特性研究传感器特性研究成膜方法：成膜方法：将将PVDF完全溶解于完全溶解于N,N-二甲基甲酰胺（二甲基甲酰胺（DMF）中，）中，然后用微量进样器滴涂于然后用微量进样器滴涂于QCM电极表面上。电极表面上。 表表3-1 不同膜厚的不同膜厚的PVDF-QCM传感器对传感器对DMMP的响应结果的响应结果成膜前后频差（Hz）气体中响应值（Hz）响应时间（s）恢复时间（s）150076232922509030305500150576590002107898165004

14、08120190成膜前后频差达23，000Hz的PVDF-QCM传感器对60ppm DMMP的响应曲线 200100020003000400050006000-250-200-150-100-50050 f (Hz)t(s)5ppm10ppm20ppm30ppm40ppm50ppm60ppm010203040506004080120160200 f (Hz)c (ppm)R2=0.99718Slope=3.19 Hz/ppmDMMP (ppm)DMMP (ppm)5 5101020203030404050506060响应时间响应时间(s)(s)恢复时间恢复时间(s)(s)34346060222

15、2474716166868111167671717959514144747191940401）不同）不同DMMP浓度浓度频率变化约为7155Hz薄膜厚度0.28微米 212）重复性和稳定性）重复性和稳定性01000200030004000-200-160-120-80-40040 bbbaaaf (Hz)t (s)ab051015202530350306090120150 f (Hz)t (day)223）温度影响）温度影响05001000150020002500-160-120-80-4005C25C35C75ppm50ppm f (Hz)t (s)25ppm50C0.00320.00340

16、.00362.53.03.54.04.55.0 lnf1 / T (K-1)75ppm50ppm25ppm温度温度响应值增大响应值增大 响应时间变长响应时间变长)/(TkAexpf 温度的极小变化温度的极小变化响应值极大变化响应值极大变化阿累尼乌斯阿累尼乌斯 方程方程 负负234）湿度影响）湿度影响020406080100-60-50-40-30-20-100 f (Hz)Relative humidity(%RH)10-90%RH2-52Hz相对湿度(%RH)f1 (Hz)f2 (Hz)f (Hz)01525458080163528016348801634380163208016290801

17、629480162848016281801626080162305864626060湿度变化湿度变化不会不会改变改变DMMP与传感器之间作用点与传感器之间作用点PVDF-QCM传感器的频率湿度曲线传感器的频率湿度曲线 245）干扰气体测试）干扰气体测试0.00.20.40.60.81.01.2 DMMPDMAAcetoneEthanoln-HexaneVarious vaporsSensitivity(a.u.) 2H2HDMMPDMAAcetoneEthanoln-HexaneR20.2200.3630.1790.2460.000.831.330.710.420.000.810.730.50

18、0.480.00N, N-二甲基乙酰胺二甲基乙酰胺 正己烷正己烷 2H2Ha: R2：来自：来自n和和电子的极化率；电子的极化率；：偶极性；：偶极性； ：形成氢键的碱性能力。形成氢键的碱性能力。 各种不同气体的溶剂化参数各种不同气体的溶剂化参数 PVDF具有很强的接受电子能力，具有很强的接受电子能力，能与碱性气体能与碱性气体DMMP形成较强的氢键作用形成较强的氢键作用 256）LB法制备法制备PVDF膜膜PVDF：极性的CF基团 非极性的CH基团 02468100204060 Surface Pressure (mN/m)Mean Molecular Area (nm2)266）LB法制备法制

19、备PVDF膜膜51015202530350100020003000400050006000 12MHz8MHz f (Hz) Number of layer,N6MHz45.08Hz/层层73.13Hz/层层154.20Hz/层层050100150200250300-90-80-70-60-50-40-30-20-10010051015202530010203040506070 f(Hz)t(s)uncoated 30-layer20-layer10-layer f(Hz)Time(s)5-layer40ppm DMMP 27LB法制备法制备PVDF膜（续）膜（续）不同不同DMMP浓度下，浓度

20、下，PVDF LB膜（膜（30层）传感器响应特性层）传感器响应特性 28 (a) (a) 二维图像二维图像 (b) (b) 三维图像三维图像 PVDFPVDF的原子力显微镜的原子力显微镜(AFM)(AFM)图像图像PVDF膜由细小球状颗粒堆积而成，且呈现多孔性结构，膜由细小球状颗粒堆积而成，且呈现多孔性结构，有助于增加有助于增加PVDF膜的吸附活性点，增强对待测气体分子的吸附能力。膜的吸附活性点，增强对待测气体分子的吸附能力。 2. 甲烷和甲烷和VOC（挥发性有机化学物质（挥发性有机化学物质 ）气体质量型传感器制备与特性研究气体质量型传感器制备与特性研究302.1 2.1 有毒有害气体检测的必

21、要性有毒有害气体检测的必要性可燃气体可燃气体有毒气体有毒气体甲烷甲烷VOC平顶山新华四矿特大瓦斯爆炸事故平顶山新华四矿特大瓦斯爆炸事故: 致致76人死亡、人死亡、2人重伤、人重伤、4人轻伤、人轻伤、9人轻微伤人轻微伤 对有毒有害气体的检测势在必行！对有毒有害气体的检测势在必行！气体传感器气体传感器是有毒有害气体的检测的关键部分。是有毒有害气体的检测的关键部分。 美国能源部、美国能源部、EPA总署和加州大学曾进行环境污染的生命风险评价，总署和加州大学曾进行环境污染的生命风险评价，对导致早卒各种环境因素作了评价。评价数据是对导致早卒各种环境因素作了评价。评价数据是VOC引起生命风险引起生命风险率为

22、率为0.1，二手烟，二手烟0.1，自来水污染，自来水污染0.001，即，即VOC污染引起生命风险污染引起生命风险与二手烟相等，比自来水污染生命风险与二手烟相等，比自来水污染生命风险大大100倍倍。 312.2 2.2 表面敏感膜对气体分子的吸附表面敏感膜对气体分子的吸附 如果已知敏感膜与气体分子相互作用的分配系数如果已知敏感膜与气体分子相互作用的分配系数K，气体在气，气体在气相中的质量浓度相中的质量浓度Cv，敏感膜的密度，敏感膜的密度s以及涂膜前后的频率变化以及涂膜前后的频率变化fs可以预测质量敏感型气体传感器的气敏响应可以预测质量敏感型气体传感器的气敏响应fv ；反之可检；反之可检测气体浓度

23、。测气体浓度。 分配系数分配系数K越大，敏感膜和气体分子之间的吸附作用越强。越大，敏感膜和气体分子之间的吸附作用越强。 传感器传感器气体的可逆吸附气体的可逆吸附表面敏感膜表面敏感膜气体分子气体分子VPCCK/svfKCfsv32v分配系数分配系数K K可以可以线性溶剂能量（线性溶剂能量（LSER ）关系表示关系表示：16H2H2H22Llog lbasrRclogK各种不同气体的溶剂化参数：各种不同气体的溶剂化参数：甲烷甲烷水蒸气水蒸气甲醇甲醇乙醇乙醇异丙醇异丙醇氯仿氯仿R R2 20 00 00.2780.2780.2460.2460.2120.2120.4250.4252H0 00.450

24、.450.440.440.420.420.360.360.490.492H0 00.820.820.430.430.370.370.330.330.150.152H0 00.350.350.470.470.480.480.560.560.020.02logLlogL1616-0.323-0.3230.260.260.970.971.4851.4851.7641.7642.482.48分子量分子量161618.0218.0232.0432.0446.0746.0760.160.1119.38119.38密度密度0.46600.46600.99500.99500.79100.79100.78900

25、.78900.78500.78501.49851.4985沸点沸点-161.45-161.4510010064.664.678.378.382.482.461.761.7蒸汽压蒸汽压3.2kPa3.2kPa16.816.87.87 kPa7.87 kPa 3333159159SVCSVC23,02723,027218,866218,866146,186146,1861263,1491263,14933常见聚合物敏感材料的常见聚合物敏感材料的LSER参数参数聚合物聚合物常数常数C C极性极性r r偶极性偶极性s s氢键碱性氢键碱性a氢键酸性氢键酸性b bl l特特 点点PIBPIB-0.77-0

26、.77-0.08-0.080.370.370.180.180.000.001.021.02 低偶极低氢键酸碱性低偶极低氢键酸碱性ZDOLZDOL-0.49-0.49-0.75-0.750.610.611.441.443.673.670.710.71 较强酸弱碱较强酸弱碱FPOLFPOL-1.21-1.21-0.67-0.671.451.451.491.494.094.090.810.81 强酸弱碱强酸弱碱SXFASXFA-0.08-0.08-0.42-0.420.600.600.700.704.254.250.720.72 强酸强酸P4VP4V-1.33-1.33-1.54-1.542.492

27、.491.511.515.885.880.900.90 强酸弱碱强偶极性强酸弱碱强偶极性SXPYRSXPYR-1.94-1.94-0.19-0.192.432.436.786.780.000.001.021.02 强碱强碱PEIPEI-1.60-1.600.500.501.521.527.027.020.000.000.770.77 强碱强碱PEMPEM-1.65-1.65-1.03-1.032.752.754.234.230.000.000.870.87 强偶极性中碱性强偶极性中碱性SXCNSXCN-1.63-1.630.000.002.282.283.033.030.520.520.770

28、.77 强偶极性中碱性强偶极性中碱性PVPRPVPR-0.57-0.570.670.670.830.832.252.251.031.030.720.72 中偶极弱氢键酸碱性中偶极弱氢键酸碱性SXPHSXPH-0.85-0.850.180.181.291.290.560.560.440.440.890.89 中偶极低氢键酸碱性中偶极低氢键酸碱性OV202OV202-0.39-0.39-0.48-0.481.301.300.440.440.710.710.810.81 中偶极弱氢键酸碱性中偶极弱氢键酸碱性PECHPECH-0.75-0.750.100.101.631.631.451.450.710

29、.710.830.83 中偶极弱氢键酸碱性中偶极弱氢键酸碱性342.3 SAW2.3 SAW甲烷气体传感器的仿真甲烷气体传感器的仿真 问题描述：问题描述： 用用COMSOL Multiphysics(多物理场仿真分多物理场仿真分析析 )仿真基于仿真基于PIB（适合探测烷烃（适合探测烷烃 ）敏感）敏感膜的膜的SAW气体传感器镀膜前后，以及吸附气体传感器镀膜前后，以及吸附一定量的甲烷后对一定量的甲烷后对SAW器件的性能影响。器件的性能影响。 35假设和简化：假设和简化： 平面应变假设：忽略边缘效应，并且忽略电极末梢的表面波偏转忽略边缘效应，并且忽略电极末梢的表面波偏转 基体深度的缩短：表面波的能量

30、随深度增加呈指数衰减，瑞利波表面波的能量随深度增加呈指数衰减，瑞利波能量集中在约能量集中在约1个波长深的表面层内，在个波长深的表面层内，在3倍波长深度的地点能量衰减为不足倍波长深度的地点能量衰减为不足5%，仅仅模拟仅仅模拟5-10倍波长的基体深度就可以足够精确地模拟表面波的特性。倍波长的基体深度就可以足够精确地模拟表面波的特性。 周期性结构的简化：单倍波长周期性结构单倍波长周期性结构 36仿真过程：仿真过程：37结果与讨论：结果与讨论： 沿着压电基底表面传播时的SAW结论：结论：声波能量集中在约一个波长深的表面层内，对表面扰动的灵敏度高声波能量集中在约一个波长深的表面层内，对表面扰动的灵敏度高

31、。38不同膜厚不同膜厚PIBPIB吸附不同浓度甲烷后吸附不同浓度甲烷后SAWSAW谐振频率的大小：谐振频率的大小：CHCH4 4 (ppm) (ppm)PIBPIB膜厚膜厚（um）0 010001000200020003000300040004000500050000.30.3431.661652431.661652431.661622431.661622431.661593431.661593431.661564431.661564431.661535431.661535431.661506431.6615060.40.4431.149955431.149955431.149914431.1

32、49914431.149874431.149874431.149834431.149834431.149794431.149794431.149753431.1497530.50.5430.728601430.728601430.728550430.728550430.728499430.728499430.728448430.728448430.728397430.728397430.728346430.7283460.60.6430.401571430.401571430.401510430.401510430.401449430.401449430.401388430.401388430

33、.401327430.401327430.401266430.4012660.70.7430.138578430.138578430.138508430.138508430.138438430.138438430.138368430.138368430.138297430.138297430.138227430.1382270.80.8429.954354429.954354429.954276429.954276429.954197429.954197429.954119429.954119429.954040429.954040429.953962429.9539620.90.9429.8

34、10682429.810682429.810596429.810596429.810510429.810510429.810424429.810424429.810338429.810338429.810252429.810252逐逐渐渐降降低低 逐逐 渐渐 降降 低低39膜厚与频率变化、灵敏度之间的关系图膜厚与频率变化、灵敏度之间的关系图 p 灵敏度随着膜厚增灵敏度随着膜厚增加而增加，但增加幅加而增加，但增加幅度逐渐减小度逐渐减小p 膜厚增加，吸附和膜厚增加，吸附和解析附时间增长解析附时间增长p 过厚的薄膜还容易过厚的薄膜还容易导致谐振器停振导致谐振器停振 402.4 基于超分子穴番基于超分

35、子穴番-A传感器单元的制备及气敏特性传感器单元的制备及气敏特性超分子材料作为主体分子和与之匹配的超分子材料作为主体分子和与之匹配的客体分子形成类似于客体分子形成类似于“锁与钥匙锁与钥匙”系统，系统，不仅灵敏度高，而且选择性好。不仅灵敏度高，而且选择性好。甲烷分子具有正四面体结构，非极性分子，物理、化学性质稳定，常规的材料很难与其发生物理和化学吸附。 41 穴番结构穴番：新型超分子主体化合物穴番：新型超分子主体化合物 具有空腔可调节、构象易变化、具有空腔可调节、构象易变化、易化学修饰等特点易化学修饰等特点,可通过对客体可通过对客体形成包封来识别客体分子形成包封来识别客体分子由两个碗形或浅碟形由两

36、个碗形或浅碟形cycloveratrylene(CTVcycloveratrylene(CTV) )结构结构单元位于上、下端单元位于上、下端, , 再通过三条酯链再通过三条酯链-(CH2)n-(CH2)n-(n=2(n=28) 8)连接而成的笼状化合物。连接而成的笼状化合物。 42穴番合成方法穴番合成方法 常见有三种方法：（i）模板法；（ii）两步法；（iii）盖帽法43穴番穴番-A的合成的合成 二次三聚反应：HOOOvanillinOOOOOOOOOHOOOHOO(CH2)2O(CH2)2OOOOOOOO(CH2)2OBr-(CH2)2-BrNaOH/EtOHNaBH4HCO2Hcrypto

37、phane-AMeOH44穴番穴番-A的表征的表征合成的cryptpphane-A的FTIR谱图 红外光谱图初步证实了穴番-A的分子结构 45穴番穴番-A敏感薄膜的制备敏感薄膜的制备 喷涂：穴番-A是小分子材料，易结晶。为了使该敏感材料与质量敏感型器件结合性好，涂膜均匀，采用静电喷雾。 注射泵水平注射泵水平 注射泵垂直注射泵垂直 46穴番穴番-A喷涂前后喷涂前后SAW谐振器的特性谐振器的特性喷涂穴番喷涂穴番-A造成中心频率下降造成中心频率下降450 kHz，其差损变化其差损变化 5.695 dB47室温下穴番室温下穴番-A对甲烷的气敏特性：对甲烷的气敏特性：对甲烷有很好的气敏特性：对甲烷有很好

38、的气敏特性：稳定性，重复性好。稳定性，重复性好。 气敏响应并未呈线性关系气敏响应并未呈线性关系在低浓度时传感器的灵敏度在低浓度时传感器的灵敏度达到达到162Hz/1000ppm 48温湿度特性：温湿度特性：02040608010004080120160200240280 Frequency shift (Hz)RH (%) Black QCM Cryptophane-A基于穴番基于穴番-A的的QCM传传感器对空气湿度变化感器对空气湿度变化 空白空白QCM谐振器和基于穴番谐振器和基于穴番-A的的QCM传感器对不同湿度传感器对不同湿度的频率变化量的频率变化量 49穴番穴番-A-A的热稳定性研究的热

39、稳定性研究 从从297.7 开始出现缓慢开始出现缓慢连续的热降解，在连续的热降解，在460至至540 之间发生大幅的降之间发生大幅的降解。说明穴番解。说明穴番-A材料的材料的热稳定性好。热稳定性好。 50气敏机理：气敏机理：超分子材料穴番对中性分子有较显超分子材料穴番对中性分子有较显著的络合作用，其中穴番著的络合作用，其中穴番-A对甲烷对甲烷有较好的包合作用，这是因为甲烷有较好的包合作用，这是因为甲烷气体分子能进入穴番气体分子能进入穴番-A的空穴形成的空穴形成主客体包合物。主客体包合物。 分子力学模拟显示，分子力学模拟显示，甲烷分子进入甲烷分子进入穴番穴番-A的空腔的空腔，碳原子位于空腔的，碳原子位于空腔的中心位置，与芳香环的平均距离是中心位置，与芳香环的平均距离