高分子傳感材料-第一章課件

高分子傳感材料高分子傳感材料1傳感器定義傳感器(Sensor)的定義是：傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換器組成。敏感元件是指傳感器中能直接感受被測量的部分，而轉(zhuǎn)換器可將敏感元件輸出的信號轉(zhuǎn)換為適合于傳輸和測量的信號。傳感器定義傳感器(Sensor)的定義是：傳感器是能感受規(guī)定高分子傳感材料--第一章課件FoodIndustryMedicalDiagnosticsMining,IndustrialProcessMilitaryEnvironmentalMonitoringSpaceHabitatAirQuality傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛FoodIndustryMedicalDiagnosti敏感材料敏感材料敏感材料是指對待測物（分子、電、光、聲、力、熱、磁等)的微小變化而表現(xiàn)出性能明顯改變的功能材料。

敏感材料敏感材料敏感材料是指對待測物（分子、電、光、聲、力、敏感材料分類金屬陶瓷有機復(fù)合本課程主要針對有機以及復(fù)合材料開展敏感材料分類金屬陶瓷有機復(fù)合本課程主要針對有機以及復(fù)參考資料參考資料參考資料參考資料參考內(nèi)容參考內(nèi)容參考資料參考資料參考資料TopJ.TopJ.參考資料TopJ.TopJ.第一章化學傳感器的基本概念第一章12

第一節(jié)化學傳感器的基本工作原理第一節(jié)13傳感器的基本工作原理電化學傳感器場效應(yīng)晶體管傳感器電導(dǎo)型傳感器表面聲波型傳感器質(zhì)量敏感型傳感器光學傳感器電容傳感器熱電傳感器熱電導(dǎo)傳感器磁感應(yīng)傳感器…傳感器的基本工作原理電化學傳感器1.電化學傳感器1.電化學傳感器

工作電極（陽極）

對電極（陰極）工作電極（陽極）對電極（陰極）高分子傳感材料--第一章課件2.場效應(yīng)晶體管傳感器2.場效應(yīng)晶體管傳感器主要測量信號VGSiD主要測量信號例：FET氫氣傳感器例：FET氫氣傳感器3.電導(dǎo)型傳感器D.CSiO2/SisubstrateHeating傳感材料電極3.電導(dǎo)型傳感器D.CSiO2/Sisubstrate4.表面波聲型(SAW)傳感器表面聲波的傳播速度和衰減與傳播的環(huán)境和介質(zhì)的參量有緊密的聯(lián)系。由于表面吸附物質(zhì)引起負載質(zhì)量變化,使表面聲波的速度和頻率發(fā)生變化。4.表面波聲型(SAW)傳感器表面聲波的傳播速度和衰減與傳SAWSENSORSAWSENSOR石英晶體微天平QCM石英晶體微天平QCM5.質(zhì)量敏感型傳感器微懸臂梁化學傳感器5.質(zhì)量敏感型傳感器微懸臂梁化學傳感器6.光學傳感器表面等離子體共振（SPR)技術(shù)6.光學傳感器表面等離子體共振（SPR)技術(shù)棱鏡是SPR研究中應(yīng)用最為廣泛的光學耦合器件。棱鏡由高折射率的非吸收性的光學材料構(gòu)成，其底部鍍有厚度為50nm左右的高反射率的金屬薄膜（一般為金或銀），膜下面是電介質(zhì)。在SPR傳感器中，該電介質(zhì)即為待測樣品。由光源發(fā)出的p-偏振光以一定的角度θ0入射到棱鏡中，在棱鏡與金屬的界面處將發(fā)生反射和折射。當θ0大于臨界角θc時，光線將發(fā)生全內(nèi)反射，即全部返回到棱鏡中，然后，從棱鏡的另一個側(cè)面折射出去。棱鏡是SPR研究中應(yīng)用最為廣泛的光學耦合器件。棱鏡由高折射率在全內(nèi)反射的情況下，電場在金屬與棱鏡的界面處并不立即消失，而是向金屬介質(zhì)中傳輸振幅呈指數(shù)衰減的消失波。該消失波沿X軸方向傳播的與表面平行的波矢分量kev為：通過調(diào)節(jié)θ0

或ωa，可使kev=kspw，消失波與表面等離子體波共振，即表面等離子體子共振，有：由上式可見，若入射光的波長一定，即ωa一定時，ns改變，則必須改變θ0以滿足共振條件；若θ0一定時，ns改變，則必須改變ωa以滿足共振條件，這可通過改變?nèi)肷涔獾牟ㄩLλ來實現(xiàn)。此時θ0和λ分別稱為共振角和共振波長。在全內(nèi)反射的情況下，電場在金屬與棱鏡的界面處并不立即消失，而表面等離子體子共振的產(chǎn)生與入射光的角度θ、波長、金屬薄膜的介電常數(shù)s及電介質(zhì)的折射率ns有關(guān)，對于同一種金屬薄膜，如果固定θ，則與ns有關(guān)；固定，則θ與ns有關(guān)。如果將電介質(zhì)換成待測樣品，測出共振時的θ或，就可以得到樣品的介電常數(shù)s或折射率ns；如果樣品的化學或生物性質(zhì)發(fā)生變化，引起ns的改變，則θ或也會發(fā)生變化，這樣，檢測這一變化就可獲得樣品性質(zhì)的變化。固定入射光的波長，改變?nèi)肷浣?，可得到角度隨反射率變化的SPR光譜；同樣地，固定入射光的角度，改變波長，可得到波長隨反射率變化的SPR光譜。SPR光譜的改變反映了體系性質(zhì)的變化。表面等離子體子共振的產(chǎn)生與入射光的角度θ、波長、金屬薄膜的高分子傳感材料--第一章課件

第二節(jié)化學傳感器的基本特性第二節(jié)31“4S”原則SensitivitySelectivitySpeedStability“4S”原則Sensitivity1.靈敏度(Sensitivity)傳感器在穩(wěn)態(tài)信號作用下輸出量變化對輸入量變化的比值。1.靈敏度(Sensitivity)2.選擇性（Selectivity）傳感器從多種物質(zhì)中分辨出待測目標，體現(xiàn)傳感器的抗干擾能力。2.選擇性（Selectivity）傳感器從多種物質(zhì)中分辨3.響應(yīng)速度speed3.響應(yīng)速度speed4.穩(wěn)定性（Stability)4.穩(wěn)定性（Stability)其它性質(zhì)要求其它性質(zhì)要求高分子傳感材料高分子傳感材料38傳感器定義傳感器(Sensor)的定義是：傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換器組成。敏感元件是指傳感器中能直接感受被測量的部分，而轉(zhuǎn)換器可將敏感元件輸出的信號轉(zhuǎn)換為適合于傳輸和測量的信號。傳感器定義傳感器(Sensor)的定義是：傳感器是能感受規(guī)定高分子傳感材料--第一章課件FoodIndustryMedicalDiagnosticsMining,IndustrialProcessMilitaryEnvironmentalMonitoringSpaceHabitatAirQuality傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛FoodIndustryMedicalDiagnosti敏感材料敏感材料敏感材料是指對待測物（分子、電、光、聲、力、熱、磁等)的微小變化而表現(xiàn)出性能明顯改變的功能材料。

敏感材料敏感材料敏感材料是指對待測物（分子、電、光、聲、力、敏感材料分類金屬陶瓷有機復(fù)合本課程主要針對有機以及復(fù)合材料開展敏感材料分類金屬陶瓷有機復(fù)合本課程主要針對有機以及復(fù)參考資料參考資料參考資料參考資料參考內(nèi)容參考內(nèi)容參考資料參考資料參考資料TopJ.TopJ.參考資料TopJ.TopJ.第一章化學傳感器的基本概念第一章49

第一節(jié)化學傳感器的基本工作原理第一節(jié)50傳感器的基本工作原理電化學傳感器場效應(yīng)晶體管傳感器電導(dǎo)型傳感器表面聲波型傳感器質(zhì)量敏感型傳感器光學傳感器電容傳感器熱電傳感器熱電導(dǎo)傳感器磁感應(yīng)傳感器…傳感器的基本工作原理電化學傳感器1.電化學傳感器1.電化學傳感器

工作電極（陽極）

對電極（陰極）工作電極（陽極）對電極（陰極）高分子傳感材料--第一章課件2.場效應(yīng)晶體管傳感器2.場效應(yīng)晶體管傳感器主要測量信號VGSiD主要測量信號例：FET氫氣傳感器例：FET氫氣傳感器3.電導(dǎo)型傳感器D.CSiO2/SisubstrateHeating傳感材料電極3.電導(dǎo)型傳感器D.CSiO2/Sisubstrate4.表面波聲型(SAW)傳感器表面聲波的傳播速度和衰減與傳播的環(huán)境和介質(zhì)的參量有緊密的聯(lián)系。由于表面吸附物質(zhì)引起負載質(zhì)量變化,使表面聲波的速度和頻率發(fā)生變化。4.表面波聲型(SAW)傳感器表面聲波的傳播速度和衰減與傳SAWSENSORSAWSENSOR石英晶體微天平QCM石英晶體微天平QCM5.質(zhì)量敏感型傳感器微懸臂梁化學傳感器5.質(zhì)量敏感型傳感器微懸臂梁化學傳感器6.光學傳感器表面等離子體共振（SPR)技術(shù)6.光學傳感器表面等離子體共振（SPR)技術(shù)棱鏡是SPR研究中應(yīng)用最為廣泛的光學耦合器件。棱鏡由高折射率的非吸收性的光學材料構(gòu)成，其底部鍍有厚度為50nm左右的高反射率的金屬薄膜（一般為金或銀），膜下面是電介質(zhì)。在SPR傳感器中，該電介質(zhì)即為待測樣品。由光源發(fā)出的p-偏振光以一定的角度θ0入射到棱鏡中，在棱鏡與金屬的界面處將發(fā)生反射和折射。當θ0大于臨界角θc時，光線將發(fā)生全內(nèi)反射，即全部返回到棱鏡中，然后，從棱鏡的另一個側(cè)面折射出去。棱鏡是SPR研究中應(yīng)用最為廣泛的光學耦合器件。棱鏡由高折射率在全內(nèi)反射的情況下，電場在金屬與棱鏡的界面處并不立即消失，而是向金屬介質(zhì)中傳輸振幅呈指數(shù)衰減的消失波。該消失波沿X軸方向傳播的與表面平行的波矢分量kev為：通過調(diào)節(jié)θ0

或ωa，可使kev=kspw，消失波與表面等離子體波共振，即表面等離子體子共振，有：由上式可見，若入射光的波長一定，即ωa一定時，ns改變，則必須改變θ0以滿足共振條件；若θ0一定時，ns改變，則必須改變ωa以滿足共振條件，這可通過改變?nèi)肷涔獾牟ㄩLλ來實現(xiàn)。此時θ0和λ分別稱為共振角和共振波長。在全內(nèi)反射的情況下，電場在金屬與棱鏡的界面處并不立即消失，而表面等離子體子共振的產(chǎn)生與入射光的角度θ、波長、金屬薄膜的介電常數(shù)s及電介質(zhì)的折射率ns有關(guān)，對于同一種金屬薄膜，如果固定θ，則與ns有關(guān)；固定，則θ與ns有關(guān)。如果將電介質(zhì)換成待測樣品，測出共振時的θ或，就可以得到樣品的介電常數(shù)s或折射率ns；如果樣品的化學或生物性質(zhì)發(fā)生變化，引起ns的改變，則θ或也會發(fā)生變化，這樣，檢測這一變化就可獲得樣品性質(zhì)的變化。固定入射光的波長，改變?nèi)肷浣?，可得到角度隨反射率變化的SPR光譜；同樣地，固定入射光的角度，改變波長，可得到波長隨反射率變化的SPR光譜。SPR光譜的改變反映了體系性質(zhì)的變化。表面等離子體子共振的產(chǎn)生與入射光的角度θ、波長、金屬薄膜的高分子傳感材料--第一章課件

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