基于Pd-Au納米粒子的光纖表面等離子體共振氫氣傳感器研究.pdf

1、氫氣是一種重要的能源和工業(yè)原料。由于氫氣容易擴散且易燃易爆炸，所以對氫氣的監(jiān)測至關重要。基于鈀/金(Pd/Au)納米粒子的光纖表面等離子體共振氫氣傳感器具有靈敏度高、響應時間短、復雜環(huán)境下適應性強等優(yōu)點，具有很大研究和應用前景。
　　本論文研究了用Pd/Au薄膜修飾的傾斜光柵(TFBG)作傳感元件的氫氣傳感器。主要工作如下:
　　1.采用時域有限差分法(FDTD)分別仿真研究了Au、Pd納米粒子的光學特性;用匹配矩陣理論編寫

2、程序分別仿真研究了基底表面Au、Pd薄膜的表面等離子體共振(SPR)現象;用氫氣擴散模型仿真研究了Pd薄膜型氫氣傳感器的濃度響應特性、響應時間等性能參數。
　　2.用化學液相還原法分別制備了Au、Pd納米粒子。分別用檸檬酸鈉還原法和硼氫化鈉還原法合成了粒徑大小約為20nm和3.18nm的球形Au納米粒子;用抗壞血酸還原法還原制備了單分散性良好、粒徑大小為4.7nm的球形Pd納米粒子;透射電子顯微鏡(TEM)表征結果表明粒徑大小分布

3、比較均勻;分別對不同反應條件下制備的納米粒子溶膠溶液進行了紫外-可見光光譜(UV-vis)分析;用紫外-可見光光譜儀對檸檬酸鈉還原Au納米粒子的反應過程進行了研究;對Pd納米粒子在Au納米粒子溶液中的還原反應進行了研究分析。
　　3.用分子自組裝(SAMs)技術和化學液相沉積法實現了Au、Pd納米薄膜在石英基底上的可控生長。包括:用偶聯劑3-氨基丙基三甲氧基硅烷(APTMS)在羥基化的石英基底表面自組裝APTMS分子膜、利用靜電力

4、吸附Au納米粒子以及用化學液相還原法生長Au、Pd納米薄膜;實現了對TFBG表面生長Au納米薄膜的實時監(jiān)控，并用原子力顯微鏡(AFM)對Au薄膜的厚度進行了測量和標定;用臺階儀對Pd薄膜厚度進行了測量。
　　4.用化學鍍膜的方法分別制備了Pd薄膜和Pd/Au薄膜光纖氫氣傳感器，并研究了其氫氣傳感性能。Pd薄膜型傳感器對濃度為4％(v/v)的氫氣平均波長漂移量為45.4pm，平均響應時間為22.6s，平均回復時間為42.2s;Pd/