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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:簡日昇
研究生(外文):Jian, Rih-Sheng
論文名稱:奈米金-阻抗式氣體感測器應用於微機電氣相層析偵測器之研製
論文名稱(外文):Integrated Gas Chromatograph Detector Employing Microsensor Array of Monolayer Protected Gold nano-Cluster Chemiresistors
指導教授:呂家榮呂家榮引用關係
指導教授(外文):Lu, Chia-Jung
學位類別:碩士
校院名稱:輔仁大學
系所名稱:化學系
學門:自然科學學門
學類:化學學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:117
中文關鍵詞:奈米金阻抗式氣體感測器偵測器氣體擴散係數
外文關鍵詞:Monolayer Protected Gold nano-ClustersGC detectorDiffusion Coefficient
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本研究以有機單層分子膜包覆奈米金簇(Monolayer Protected nano-Au Cluster, MPC)作為微阻抗式氣體感測器,目前所選用材料為:1-Octanethiol、Isooctyl 3-mercapropionate及與1-octanethiol之混合ligand:3-mercaptopropionic acid、4-pyridinethiol,塗佈於微阻抗式電極陣列,並結合所製作微小化流槽,串聯於氣相層析儀作為偵測器對有機氣體作感測,並建立氣體擴散進入奈米金簇外層分子膜之擴散模式,其中以8種不同官能基之有機氣體混合後注入GC層析分離感測,結果顯示,在有機氣體感測方面,藉由外層膜官能基之不同得到對各類有機氣體快速、可逆反應且具選擇性的感測,在不同感測材料方面,其不同結構呈現其特異的選擇性,偵測下限值約在3 ~ 100 ng之間。在相同線性流速偵側下,應用於不同面積的感測分析,須具備較廣之感測面積才有較佳感測效果。而不同溫度感測方面,其靈敏度下降主要原因為MPC-array於不同溫度之吸附性。在膜厚的測定上由理論計算結果,所計算出MPC薄膜厚度約在36 ~ 72nm之間。而對於理論擴散模式,推估之有機氣體擴散係數值,約在10-16 m2/sec左右,而擴散係數值之高低決定於氣體分子擴散進入MPC薄膜之深度,對同ㄧ氣體而言且靈敏度衰減百分比與擴散深度遞減百分比之趨勢,其線性回歸係數為0.91 ~ 0.99。然而對於不同氣體或不同溫度下,其感測靈敏度之大小,主要取決於吸附平衡係數(K)與電阻轉換係數,而與擴散係數值無關。
Monolayer Protected Gold nano-Clusters(MPC) were synthesized by the two phase method and used as organic vapor sensing materials in this research. We have synthesized four different ligand shell protected nano-cluster including 1-Octanethiol, Isooctyl 3-mercapropionate and mixed ligand of 1-Octanethiol: 3-mercaptopropionic acid, 4-pyridinethiol. The four MPC’s materials coated with array of chemiresistor micro- sensors and integrated gas chromatograph detector for 8 organic vapors sensing of various functional groups. We established the model of gas molecules diffuse in to the thin film of MPC. The detector responses are rapid, reversible and highly, selective, due to the unigae shell ligand structure of MPC of different functional group. Limits of detection range from 3 to 100 ng. It is also shown that larger sensor active area resulting higher sensitivity under the same linear flow rate. At different temperature testing, the sensitivities decreased MPC-array sorption of different temperature, and MPC film thickness was between 36 to 72 nm by calculation. According to the diffusion model, we estimated that diffusion coefficients are at the order of ~10-16 m2/sec. The diffusion coefficient value determined the depth of gas diffusion. The correlation coefficient between sensitive and depth are from 0.91 to 0.99. However, the sensitivis vapors are mainly determined by the partition coefficients and the resistance conversion coefficients. The differences among vapor’s diffusion coefficients do not influence the sensitivity trend.
第一章 緒論
1-1 前言
1-2 奈米材料的介紹
1-2-1奈米科技的起源歷程
1-2-2奈米粒子的基本效應
1-2-3奈米材料的製備介紹
1-2-4奈米材料的發展應用
1-3 奈米材料與微感測器的結合
1-3-1奈米材料與微機電系統
1-3-2 MPC作為氣體感測器的緣起
1-3-4 MPC作為氣體感測器的原理
1-3-3微氣體感測器的研製
1-4 氣體感測擴散模式的理論背景
1-4-1氣體分子在MPC薄膜之吸、脫附行為
1-4-2 MPC薄膜等效電路的建立
1-4-3塗佈MPC薄膜厚度的探討
1-4-3-1 MPC薄膜密度的分析
1-4-3-2石英震盪壓電行為應用於厚度測定
1-4-4濃度擴散傳輸理論
1-4-5等效電路與擴散模式的結合
第二章 實驗部份
2-1 實驗藥品材料與儀器設備
2-1-1 實驗藥品
2-1-2 儀器設備
2-2 MPC材料的合成
2-2-1 AuC8的合成
2-2-2 MixCOOH的合成
2-2-3 MixPT的合成
2-2-4 AuEster的合成
2-2-5 MPC材料的純化
2-3 MPC氣體感測器的製作
2-3-1 黃金指狀微電極表面矽烷化
2-3-2 基本電阻量測與鍍膜控制
2-3-3 微感測器的組裝
2-4 有機混合氣體樣品配製
2-5 感測系統的架設
2-5-1 氣相層析儀與微感測器的串聯
2-5-2 氣相層析儀分析操作條件
2-6 數據資料擷取系統
2-6-1 系統控制
2-6-2 數據處理
第三章 實驗結果與討論
3-1 有機氣體濃度校正
3-2 定流速下有機氣體感測
3-2-1 4種MPC-array對於有機氣體感測結果
3-2-2 4種MPC-array對於有機氣體感測靈敏度比較
3-3 不同流速下有機氣體感測
3-3-1 AuC8 sensor於不同流速下有機氣體感測結果
3-3-2 MPC-array於不同流速下氣體感測靈敏度比較
3-4 不同流道寬度分析
3-5 不同感測溫度分析
3-5-1感測溫度對於MPC-array吸附氣體的影響
3-5-2感測溫度對於MPC-array導電率的探討
3-6 有機氣體對MPC sensor擴散模式分析
3-6-1 MPC薄膜密度的計算
3-6-2 QCM理論模式計算MPC薄膜厚度
3-6-3 有機氣體擴散係數的推估
3-6-3-1 吸附平衡狀態之模式探討
3-6-3-2 一個氣體分子之單層電阻改變量
3-6-3-3 吸附平衡模式下氣體擴散係數的推估
3-6-3-4 動態模式下濃度呈高斯分佈下之探討
3-6-3-5 動態模式下氣體擴散係數的推估
3-7 氣體擴散係數的探討
3-8 理論擴散模式下其層析圖形的預測
3-9 氣體擴散深度與靈敏度變化的探討
3-10 4種MPC-array對於有機氣體之偵測極限
第四章 結論
參考文獻
附圖
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