基于SPR技术的TiO2薄膜甲醛气敏特性研究

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1、理学硕士学位论文基于SPR技术的TiO2薄膜甲醛气敏特性研究王纪钰哈尔滨理工大学2018年3月国内图书分类号:O436.3理学硕士学位论文基于SPR技术的TiO2薄膜甲醛气敏特性研究硕士研究生:王纪钰导师:杨志韬申请学位级别:理学硕士学科、专业:物理学所在单位:理学院答辩日期:2018年3月授予学位单位:哈尔滨理工大学ClassifiedIndex:0436.3DissertationfortheMasterDegreeinScienceFormaldehydeGasSensitivityofTiO2F

2、ilmBasedonSPRTechnologyCandidate:WangJiyuSupervisor:YangZhitaoAcademicDegreeAppliedfor:MasterofScienceSpecialty:PhysicsDateofOralExamination:March,2018HarbinUniversityofUniversity:ScienceandTechnology哈尔滨理工大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明:此处所提交的硕士学位论文《基于SPR技术的TiO2薄膜甲醛

3、气敏特性研究》,是本人在导师指导下,在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知,论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文研究工作做出贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名:王纪钰日期:2018年3月29日哈尔滨理工大学硕士学位论文使用授权书《基于SPR技术的TiO2薄膜甲醛气敏特性研究》系本人在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归哈尔滨理工大学所有,本论文的研究

4、内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解哈尔滨理工大学关于保存、使用学位论文的规定,同意学校保留并向有关部门提交论文和电子版本,允许论文被查阅和借阅。本人授权哈尔滨理工大学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文,可以公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于保密,在年解密后适用授权书。不保密。(请在以上相应方框内打√)作者签名:王纪钰日期:2018年3月29日导师签名:杨志韬日期:2018年3月29日基于SPR技术的TiO2薄膜甲醛气敏特性研究摘要甲醛是一种产量较高的重要化工原料,通常用于制造建筑材

5、料、农药以及加工皮革等。近年来,随着人们生活水平的不断提高,室内装潢尤其普遍,大量的装修板材、胶粘剂中都含有超标的甲醛,由于建筑物的密闭性,长期居住会对人体造成一系列损害。因此寻找高灵敏度、高稳定性的甲醛检测方法就显得至关重要。表面等离子体共振(SurfacePlasmonResonance,SPR)是光与电介质/金属界面相互作用产生的一种物理光学现象,对介质折射率的改变十分敏感,由于SPR的高精度、高灵敏度等优点,SPR技术的应用也逐渐进入到各个领域。如生命科学的研究、环境监测等,因此SPR技术有望为

6、各领域的新型产物开发提供方向。在SPR研究中,常用的金属有金(Au)、银(Ag)、铝(Al)等,其中Ag的SPR性能优于其他金属。然而Ag的化学性质不稳定,在空气中很容易被腐蚀,降低了SPR检测的稳定性和灵敏度。因此,本论文基于SPR技术对长时间暴露于实验室(常温常压)条件下的Ag膜的腐蚀过程进行了研究。我们对薄膜进行连续40天的SPR检测,计算结果显示,腐蚀产物Ag2S的体积分数及薄膜厚度随暴露时间均呈指数形式增长,得到了Ag膜在空气中的腐蚀程度随时间的变化关系。本论文的另一个主要研究内容是应用SPR

7、技术研究了Ag/TiO2复合薄膜对甲醛气体的气敏特性。TiO2属于缺氧型氧化物,在制备的过程中极易形成氧空位,当接触还原性较强的甲醛气体时与氧离子发生反应,会改变TiO2的介电常数,从而导致SPR曲线发生变化。随着甲醛气体浓度的变化,SPR曲线的共振吸收峰的位置、吸收深度及峰宽都会发生改变。本文计算了SPR共振角随甲醛浓度变化曲线的线性度,以及不同甲醛浓度范围内的灵敏度和分辨力。结果表明随着甲醛浓度的不断升高,灵敏度不断增大,可分辨的甲醛浓度越来越小。关键词气敏传感器;表面等离子体共振;二氧化钛;甲醛-

8、I-FormaldehydeGasSensitivityofTiO2FilmBasedonSPRTechnologyAbstractFormaldehydeisasignificantchemicalrawmaterialwithhighyield,itisusuallyusedtomakebuildingmaterials,leather,pesticidesandsoon.Inrecentyears,aspeoplelivingstan

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