网站首页  词典首页

标题	一种高性能酒精检测仪传感新材料的开发研究
范文	高震宇 摘 要 我国普遍使用的半导体型酒精检测仪的测试灵敏度和响应速率亟待提高。受荷花花粉优异的传输响应功能的启发，提出制备荷花花粉结构的二氧化锡（SnO2）传感元件材料，用于开发高性能酒精检测仪的构想。以荷花花粉作为生物模板，通过溶胶-凝胶浸渍、水解和煅烧的方法得到的二氧化锡纳米材料，表现出对乙醇的高灵敏度和快速响应，对100 ppm酒精，灵敏度响应值相比目前的材料提升了3倍多，响应时间由原来的50s缩短到16s，性能得以大幅提升，是高性能酒精检测仪传感元件的优良材料。 关键词 酒精检测仪；传感元件材料；纳米多孔结构；荷花花粉 中图分类号 TP216 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）172-0299-02 1 问题提出 我国普遍使用的半导体型酒精检测仪，具有操作简单、抗干扰性能好、价格低廉等优点，但也存在灵敏度低，响应速率慢，体积大，携带不方便，工作温度高，材料损耗大，使用寿命短等缺点。 酒精检测仪的性能取决于其传感元件，提高传感元件性能的关键是获得高性能材料。酒精检测仪使用的传感元件材料多为二氧化锡（SnO2）。目前制备方法得到的二氧化锡不具备精细有效的多孔结构，限制了传感性能的发挥。荷花花粉是一种天然的精细多孔材料。这种结构既能够促进化学物质进入花粉和在花粉内部传输，又提供了很大的表面积供生化感应反应来发生，使其拥有良好的生物识别功能，成为优秀的生物传感器。如果制备出具有荷花花粉结构的精细多孔纳米二氧化锡，用作酒精检测仪的传感气敏元件材料，不仅可大大改善传感材料的性能，提高其灵敏度和响应速率，实现快速高效准确检测，而且能够降低反应温度，减少加热附件，使元件尺寸变小，体积更小，便于携带；材料损耗小、使用寿命长，成本大为降低。 2 研究内容及方法 2.1 试剂和原材料 五水合四氯化锡、无水乙醇、蒸馏水、氨水（25%）、荷花花粉。 2.2 实验仪器及设备 抽滤装置、恒温磁力搅拌器、电热鼓风干燥箱、电子天平、箱式电阻炉、超声波清洗机。 2.3 实验过程 第一步：花粉预处理。 首先称取天然荷花粉5g，置于100ml烧杯中，加入50ml无水乙醇，洗涤，待溶液颜色变为黄色后进行抽滤，收集黄色固体，干燥。 第二步：前驱体溶液的配制。 以8.0g五水合四氯化锡对应40ml无水乙醇的比例配制。 第三步：花粉的浸渍与清洗。 取四氯化锡无水乙醇前驱体溶液，加入处理后的干燥花粉，超声浸渍。然后用乙醇清洗，重复上述步骤。 第四步：水解。 用3：2乙醇和水混合液对浸渍液进行水解，之后用乙醇清洗。抽滤后干燥。得到产物标记为花粉复合物。 第五步：煅烧。 对浸渍处理后的花粉复合物进行煅烧处理，收集产物，标记为花粉形貌SnO2。 SnO2参比样的制备：氨水逐滴滴加到40mL前驱液中，至呈碱性时，收集沉淀物，清洗、干燥、煅烧，得到白色参比样粉末，标记为SnO2参比样。 3 研究结果及讨论 3.1 热重分析 利用热失重仪分析煅烧过程中原始花粉和花粉复合物发生的变化。 在煅烧过程中，发生了很复杂的变化。热重分析如图1所示。原始花粉在烧结温度达到700？C时，质量不再发生变化，剩余质量为原始质量的3.7%左右。花粉复合物在600？C烧结后，其质量保持不变，剩质量为烧结前的11.6%，是未浸渍花粉净得率的近3倍，这表明在浸渍过程中大量的前驱 Sn（IV）离子吸附在花粉表面。 3.2 通过扫描电子显微镜观察分析 图像显示终产物花粉形貌SnO2（如图a、c）与原始花粉的结构（如图b、d）是高度相似的。花粉形貌SnO2很好的保持了原始花粉的圆球形整体形貌以及表面的纹路和孔洞，但孔径有所缩小。表面的三维开放式多孔网络骨架也得到很好的保留。 由以上表征结果分析可知，我们所制得的样品的成分既转变成了SnO2，其结构又较好地保留了荷花粉颗粒的多孔结构。整个颗粒内部都高度连通，SnO2材料因而拥有很大的比表面积。该结构保证气体分子能继续快速地扩散。气体能够在这样的一种纳米结构中以很高的速度和很大的体积进行移动，并能在其表面上的众多位置发生气敏反应。这些成分和结构特点都使得此种材料拥有优异的气敏性能。 3.3 气敏测试 3.3.1 气敏响应值 图4是花粉形貌SnO2和参比样在170？C时对不同浓度酒精的气敏响应值。由图可知，酒精蒸气浓度越大，材料的气敏响应值越大，且花粉形貌SnO2增长的速度比常规SnO2材料更快。在相同的气体浓度下，两个样品的气敏响应值保持以下变化规律：花粉形貌SnO2材料的气敏响应值远高于常规SnO2材料。由此可见，花粉形貌精细多孔结构可以大大增大SnO2材料的气敏响应值。 3.3.2 响应回复速率 测试表明花粉形貌SnO2具有良好的循环测试性能。保持连贯回复，且有更高的响应值，而最终能回复到一个比常规SnO2更低的数值。 响应和回复曲线表明花粉形貌多孔结构赋予SnO2材料对酒精气体极佳的响应和回复速率。 4 研究结论 本文探索了一种全新的制备二氧化锡纳米材料的方法。受荷花花粉精细多孔结构和优异传感性能的启发，制备出精细多孔纳米二氧化锡材料，表现出对乙醇低温高灵敏度和快速响应，这种二氧化锡材料制备的传感元件应用在酒精检测仪上，能够大幅改善目前所用这类仪器的性能，实现便携，轻便快速、准确、高效的检测，而且还具有制备简单、合成周期短、成本低、使用寿命长等优点。 参考文献 [1]潘新民，刘浦，李利华，等.论道路交通事故与驾驶员血中酒精含量关系[J].中国司法鉴定，2006（3）：16-17. [2]赵义芬，赵鹤云，等.金属氧化物半导体气敏材料的研究进展[J].传感器世界，2009，15（1）：6-11. [3]李平，曾昌凤，等.以油菜花粉为模板水热法制备TiO2中空微球[J].无机材料学报，2008，23（1）：49-54. [4]曹丰，李东旭，管自生.生物模板法制备具有特殊表面形貌的二氧化硅中空微球.无机材料学报，2009，24（3）：501-506. [5]曹丰，孙起，吴正颖.以花粉为生物模板制备磷酸铁中空微球的研究.苏州科技学院学报：工程技术版，2012，25（1）：8-12.
随便看	以“洋葱”为实验材料探索高中生物实验教学的优化路径 初中生物会考复习冲刺阶段的几点建议 思维导图引入高中生物教学实践教学中的策略分析 对高中生物选修实验的实践与建议 高中化学实验探究式教学模式的构建和实施 九年级化学课堂教学有效性的探索 浅谈高中化学课堂提问艺术的有效提高途径 初中化学教学中如何实施分层教学 关于实现高中化学绿色实验教学的研究 高中化学教学中提高教学的有效性 结合生活应用，开展初中化学高效教学 新课程理念下的高中化学课堂情境教学策略 如何正确书写化学方程式 以史激趣，以史促学 化学趣味实验不仅只是一道“开胃菜” 浅谈在高中化学教学中应如何提高学生的观察力 情感教育在初中物理教学中的应用探讨 浅析高中物理复习教学高效率的途径 从高效课堂观察的视角看高中物理课堂的提问 如何上好高效课堂下的物理课 浅谈高中物理中如何渗透探究性教学 和谐课堂背景下初中物理课堂的提问艺术 物理教材中物理学史资源的开发与利用 高中物理教学内容的认知化处理探讨 高中物理教学中开展研究性学习的策略 answers back answers-back answer (sb) back answer somebody back answer-the-helm answer-to answer² answer¹ ant antagonise antagonised antagonises antagonising antagonism antagonisms antagonist antagonistic antagonistical antagonistically antagonists antagonizable antagonization antagonizations antagonize antagonized 清高的胸怀 清高的节操 清高的遗风 清高的风格 清高简约 清高美好 清高而豪放 清高脱俗、卓越不凡的人 清高脱俗，卓越不凡 清高超拔 清高超群 清高超逸 清高超逸的情致 清高闲适 清高闲逸 清高雅致 清鬼客 清鲜 清鲜美好 清鲠 清麈 清鼻涕——甩啦 清（轻）描淡写 渊 渊严

科学优质学术资源、百科知识分享平台，免费提供知识科普、生活经验分享、中外学术论文、各类范文、学术文献、教学资料、学术期刊、会议、报纸、杂志、工具书等各类资源检索、在线阅读和软件app下载服务。