【摘要】：隨著人類對環(huán)境污染問題的重視,對有毒有害氣體的監(jiān)測與傳感變得日益重要。金屬有機(jī)框架(MOFs)材料是一種多孔吸附性材料,除了在氣體存儲方面具有廣泛應(yīng)用前景,在環(huán)境監(jiān)測研究領(lǐng)域也引發(fā)關(guān)注,主要表現(xiàn)在其對揮發(fā)性有機(jī)氣體、硫化物的吸附與分離以及廢水處理等。而光纖器件因其體積小、重量輕、抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于傳感監(jiān)測領(lǐng)域,因此本文提出并驗(yàn)證了一種基于金屬有機(jī)框架材料ZIF-8的級聯(lián)長周期光纖光柵的氣體傳感與吸附/解吸附監(jiān)測器件。本論文的主要研究內(nèi)容如下:(1)介紹了當(dāng)前光學(xué)傳感器和金屬有機(jī)框架材料的研究現(xiàn)狀,分析了幾種常見的光學(xué)傳感器的基本原理和機(jī)制,在此基礎(chǔ)上提出將金屬有機(jī)框架材料與級聯(lián)長周期光纖光柵結(jié)合的器件結(jié)構(gòu)。(2)基于光纖基本理論,介紹了單個(gè)長周期光纖光柵及級聯(lián)型長周期光纖光柵的基本理論,計(jì)算了單模光纖內(nèi)的基模與包層模的色散方程,并對光柵的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行了仿真,同時(shí)介紹了金屬有機(jī)框架材料的吸附理論。(3)仿真后確定了器件的參數(shù),介紹了本論文中制作長周期光纖光柵的方法,同時(shí)介紹了所選用的金屬有機(jī)框架材料ZIF-8薄膜的物理化學(xué)性質(zhì)及在光纖上原位生長ZIF-8薄膜的步驟,最后對不同厚度的ZIF-8薄膜做了掃描電子顯微鏡檢測,通過實(shí)驗(yàn)確定了級聯(lián)長周期光纖光柵上所需要生長的ZIF-8薄膜的厚度。(4)使用生長有一定厚度的ZIF-8薄膜的級聯(lián)長周期光纖光柵測試了六種具有線性結(jié)構(gòu)的小分子氣體,實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)客體分子尺寸小于ZIF-8孔徑時(shí)(3.4?),小分子可快速進(jìn)入ZIF-8孔道內(nèi),且具有較快的響應(yīng)速度,說明該器件可用于小分子氣體傳感,同時(shí)為研究分子在金屬有機(jī)框架材料內(nèi)的解吸附過程,對分子尺寸大于ZIF-8孔徑的四種氣體做了測試,實(shí)驗(yàn)表明ZIF-8可以吸附并捕獲大分子氣體于孔道內(nèi),而通過甲醇置換的方法可以將被捕獲的氣體解吸附出,結(jié)果表明該器件可用作動態(tài)監(jiān)測金屬有機(jī)框架材料內(nèi)大分子吸附/解吸附物理過程的實(shí)驗(yàn)平臺。本文結(jié)合新型金屬有機(jī)框架材料,制作了基于金屬有機(jī)框架材料的級聯(lián)長周期光纖光柵氣體傳感與監(jiān)測器件,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該器件具有應(yīng)用于氣體傳感及作為研究新材料的平臺方面的應(yīng)用價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O641.4;TP212.14;X851
【圖文】：

MOF-5的三維結(jié)構(gòu)圖

MOF-10三維結(jié)構(gòu)圖

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 馮吉飛;金屬—有機(jī)框架薄膜材料的制備及其傳感性能的研究[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所);2018年

2 劉云啟;布拉格與長周期光纖光柵及其傳感特性研究[D];南開大學(xué);2000年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 林君;基于長周期光纖光柵的壓力傳感研究[D];深圳大學(xué);2015年

本文編號：2712751