Химические сенсоры на поверхностных акустических волнах для контроля газовых сред

• Автор: Бессонов, Сергей Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.11.13, 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 137 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Глава 1. Химические сенсоры на поверхностных акустических волнах для контроля газовых сред.

1.1. Химические сенсоры на ПАВ в решении задач газового анализа.

1.1.1. Химические сенсоры на ПАВ для контроля индивидуальных газов и паров.

1.1.2. Химические сенсоры на ПАВ в системах контроля многокомпонентных газовых смесей

1.1.3. Химические сенсоры на ПАВ в решении медикобиологических задач

1.2. Анализ конструкций химических сенсоров на ПАВ

1.3. Материалы, используемые в качестве чувствительных покрытий сенсоров на ПАВ.

1.4. Задачи газового анализа бинарных газовых смесей и течеискания, которые могут быть решены с помощью химических сенсоров на ПАВ.
Глава 2. Исследование ПАВдатчика в конструкции линии задержки с чувствительными покрытиями

2.1. Исследование датчика с чувствительными покрытиями

2.2. Образец для измерения
2.3. Экспериментальная ячейка.
2.4. Объекты исследования.
2.5. Измерительная система
2.6. Получение зависимости ПАВчастоты от концентрации газов СДЯВ в потоке воздуха.
2.6.1. Методика исследования сенсорных характеристик ПАВсенсоров в конструкции одинарной линии задержки.
2.6.2. Расчет параметров изотерм сорбции газов пленкой ПДМС.
2.6.3. Расчет газоадсорбционных характеристик полимерного материала
2.6.4. Обсуждение полученных результатов
2.7. Заключение
Глава 3. Исследование ПАВдатчика в конструкции линии задержки без чувствительного покрытия
3.1. Исследование в атмосфере индивидуальных газов.
3.1.1. Методика исследования изменения ПАВчастоты
3.1.2. Полученные результаты
3.2. Исследование в атмосфере псевдобинарных смесей
3.2.1. Процедура выделения аналитического сигнала, построение градуировочных характеристик в статическом режиме
3.2.2. Способ представления и расчета физических параметров газовых смесей.
3.2.3. Результаты, полученные на газовых смесях метана с воздухом.
3.2.4. Результаты, полученные на газовых смесях пропана с воздухом
3.3. Заключение
Глава 4. Разработка сенсорного датчика течеискателя фреона4а
4.1. Конструкция макета течеискателя в конструкции дифференциальной линии задержки.
4.1. Методика моделирования течи.
4.2. Измерения в динамическом режиме напуска на ПАВ сенсорном элементе без чувствительного покрытия.
4.3. Измерения влияния фреона на частоту ПАВ сенсора в режиме моделирования течи
4.5. Исследования изменения дифференциальной ПАВчастоты в режиме моделирования течи фреона4А в воздух.
4.6. Сравнительные измерения чувствительности к фреону4а дифференциального ПАВэлемента и промышленного течеискателя 0
4.7. Заключение.
Выводы.
Список литературы


В разработках ПАВдатчиков принципиально используются две конструкции линия задержки ЛЗ и открытый резонатор, а в качестве пьезоматериалов ниобат лития, танталат лития и монокристаллический кварц. Наиболее распространен кварц. В ПАВдатчиках газового анализа наибольшее распространение имеет один из типов ПАВ, а именно волна Рэлея, имеющая эллиптический тензор поляризации, в котором, тем не менее, превалирует вертикальная составляющая поляризации амплитуды. Для разработок датчиков на ПАВ применяются две технологии без чувствительного покрытия и с чувствительным покрытием, которое находится в зоне распространения ПАВ между ВШП. В качестве материалов чувствительных покрытий датчиков на ПАВ используются тонкие пленки диэлектриков, включая окислы металлов. Наиболее распространены тонкие пленки полимеров. Для получения аналитического сигнала принципиально применяются две схемы одинарная ЛЗ и двойная ЛЗ с выделением дифференциальной ПАВчастоты. На сегодняшний день известны ПАВдатчики, разработанные для контроля большинства неорганических и органических газов и паров в атмосферном воздухе и технологических газовых средах. Широкое распространение получили Мультисенсорные газоанализаторы типа Электронный нос с матрицей датчиков на ПАВ. Большой сегмент ПАВдатчиков направлен на решение медикобиологических задач, в которых используются ПАВ с горизонтальной поляризацией. ПАВдатчиков без чувствительного покрытия. Для ПАВдатчиков с чувствительными покрытиями на основе полимеров до настоящего времени отсутствовали систематические исследования по применению в чувствительных покрытиях так называемых функциональных полимеров, в которых функциональные группы связаны прочными химическими связями с полимерной матрицей. А известно, что только такое связывание дает необходимую временную стабильность материалов, а значит и стабильность долговременную воспроизводимость сенсорных метрологических характеристик чувствительности, времени срабатывания и начального параметра датчиков. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Разработать химические сенсоры на поверхностноакустических волнах без чувствительного покрытия и с чувствительными покрытиями на основе функциональных полимеров для контроля основных приоритетных неорганических и органических загрязнителей в атмосферном воздухе, для использования в разработках течеискателей, газосигнализаторов и газоанализаторов, то есть, в приборах газового анализа, включая мультисенсорные системы типа электронный нос. Провести систематические исследования по влиянию газов основных приоритетных загрязнителей атмосферного воздуха ОПЗАВ на ПАВчастоту элемента в конструкции ЛЗ с чувствительными покрытиями на основе тонких пленок функциональных полимеров двух классов с ионносвязанным катионом бриллиантового зеленого с целью выявления основных закономерностей, связывающих величину сенсорной чувствительности с химической природой газов адсорбатов, химическим и фазовым строением полимеров, толщиной чувствительного слоя. ПАВчастоту элемента в конструкции ЛЗ без чувствительного покрытия и выявлены основные закономерности, связывающие величину ПАВсенсорной чувствительности с физическими параметрами газов молекулярной массой, плотностью, вязкостью, скоростью распространения звука в газе, удельной теплоемкостью. ПДМС и сополимера полиалкилметакрилата со стиролсульфонатом ПАМАСС и выявлены основные закономерности, связывающие величину сенсорной чувствительности и основных характеристик сорбции константа равновесия и коэффициент диффузии с химической природой газов адсорбатов, химическим и фазовым строением полимеров, толщиной чувствительного слоя. Впервые ПАВсенсорный элемент без чувствительного покрытия предложен в качестве анализатора газов и бинарных газовых смесей, способного проводить качественный и количественный анализ, используя знание физических параметров этих газов плотности, вязкости и др. Впервые ПАВсенсорный элемент без чувствительного покрытия предложен в качестве датчика течеискателя фреона4а в альтернативу ионизационным и термокаталитическим методам.