基于改性碳納米管的QCM型濕度傳感器的研究

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1、分類號(hào)：TP212單位代碼：10183研究生學(xué)號(hào)：2015514047密級(jí)：公開吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文（專業(yè)學(xué)位）基于改性碳納米管的QCM型濕度傳感器的研究StudyonQCMhumiditysensorbasedonmodifiedcarbonnanotubes作者姓名：趙晨類別：工程碩士領(lǐng)域（方向）：微納傳感材料與器件指導(dǎo)教師：劉森教授培養(yǎng)單位：電子科學(xué)與工程學(xué)院2018年6月基于改性碳納米管的ＱＣＭ型濕度傳感器的研究ＳｔｕｄｏｎＱＣＭｈｕｍｉｄｉｔｓｅｎｓｏｒｂａｓｅｄｏｎｙｙｍｏｄｉｆｉｅｄｃａｒｂｏｎ

2、ｎａｎｏｔｕｂｅｓ作者姓名：趙晨領(lǐng)域ｃ方向）：微納傳感材料與器件指導(dǎo)教師：劉森教授類別：工程碩士答辯日期：年￥月貧曰未經(jīng)本論文作者的書面授權(quán)，依法收存和保管本論文書面版本、電子版本的任何單位和個(gè)人，均不得對(duì)本論文的全部或部分內(nèi)容進(jìn)行任何形式的復(fù)制、修改、發(fā)行、出租、改編等有礙作者。否則著作權(quán)的商業(yè)性使用（但純學(xué)術(shù)性使用不在此限），應(yīng)承擔(dān)侵權(quán)的法律責(zé)任。吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明，是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立：所呈交學(xué)位論文進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已

3、經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體己經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對(duì)本文的研宄做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體。，均已在文中以明確方式標(biāo)明本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名：■曰期：年６月ｉ日中文摘要論文題目：基于改性碳納米管的QCM型濕度傳感器的研究論文作者：趙晨指導(dǎo)教師：劉森教授專業(yè)名稱：集成電路工程空氣濕度的檢測(cè)與人類的生活息息相關(guān)，在氣象學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、儲(chǔ)藏、建筑、林業(yè)等領(lǐng)域都有著重要意義；在日常生活中，環(huán)境濕度對(duì)人體的健康也有著重要的影響。因此，對(duì)環(huán)境濕度的

4、高精度檢測(cè)顯得尤為重要。目前，電阻型、電容型濕度傳感器應(yīng)用較為廣泛，但電阻型的濕度傳感器在低濕范圍內(nèi)會(huì)由于阻抗較高而難以檢出，且產(chǎn)品的互換性較差；而電容型的濕度傳感器也存在高濕下漂移明顯，對(duì)環(huán)境的潔凈度要求較高，長(zhǎng)期穩(wěn)定性不夠理想等一系列問題。而且這兩類傳統(tǒng)的濕度傳感器都難以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化輸出，在一定程度上限制了其發(fā)展。QCM質(zhì)量型濕度傳感器輸出的是頻率值，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化輸出，具有檢測(cè)精度高（可達(dá)ng量級(jí)）、靈敏度高、穩(wěn)定性好等很多優(yōu)點(diǎn)。但QCM本身并不具有吸附功能，需要在QCM的電極表面制備一層濕度敏感薄膜，使之構(gòu)成一個(gè)QCM濕度傳

5、感器。本論文設(shè)計(jì)并制作了QCM振蕩電路，搭建了QCM濕度傳感器的檢測(cè)系統(tǒng)，以改性碳納米管作為濕敏材料制作了QCM濕敏元件，并研究了其在室溫下的濕敏特性。首先，設(shè)計(jì)并制作了QCM的振蕩電路，利用QCM濕敏元件、自制振蕩電路、智能型頻率計(jì)、計(jì)算機(jī)、濕度發(fā)生裝置等，搭建了QCM濕度傳感器的檢測(cè)系統(tǒng)。其次，通過強(qiáng)酸氧化的處理方法對(duì)MWCNTs材料進(jìn)行改性，并將其配制成濕敏材料分散液，采用滴涂工藝制作了一組不同敏感材料涂覆量的QCM濕敏元件。最后，對(duì)所制作的QCM濕敏元件進(jìn)行一系列的濕度敏感特性的測(cè)試，分別從感濕特性、動(dòng)態(tài)特性、濕滯特性、重

6、復(fù)性、響應(yīng)/恢復(fù)特性、穩(wěn)定性及長(zhǎng)期穩(wěn)定性等方面對(duì)其濕敏特性進(jìn)行了測(cè)試，并分析了材料的敏感機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，酸氧化后的MWCNTs可以作為濕敏材料用在QCM濕度傳感器上，其響應(yīng)值與敏感膜的涂覆質(zhì)量有關(guān)。在滿足Sauerbrey方程的前提下，QCM濕度傳感器的響應(yīng)值會(huì)隨著涂膜質(zhì)量的增加而增大，但其它濕敏性能可能會(huì)受到影響變差，如濕滯I變大、響應(yīng)/恢復(fù)時(shí)間增加等。其中，QCM-8濕敏元件在11%RH~95%RH范圍內(nèi)顯示出較好的綜合濕敏特性，其響應(yīng)時(shí)間為49s，恢復(fù)時(shí)間為6s，濕滯約為5%RH。關(guān)鍵詞：濕度，濕度傳感器，石英晶體微天平

7、，碳納米管IIAbstractTitle:StudyonQCMhumiditysensorbasedonmodifiedcarbonnanotubesAuthor:ChenZhaoSupervisor:Prof.SenLiuMajor:IntegratedCircuitEngineeringThedetectionofairhumidityiscloselyrelatedtohumanlife.Ithasgreatsignificanceinmeteorology,biomedicine,industrialandagricult

8、uralproduction,storage,construction,forestryandotherfields.Indailylife,environmentalhumidityalsohasanimportantinfluenceonhum