石墨烯薄膜气体传感器及其阵列研究
发布时间：2021-07-22 05:10
随着经济与科技的发展,气体传感器被广泛用于监测各种有毒有害气体。单个气体传感器往往存在交叉敏感性,因此人们采用多个传感器组成阵列,借助模式识别算法对单种气体或复杂的混合气体进行准确的定性识别或定量预测。相应的检测大多需要在室温下进行,而传统的器件与材料往往需要高温工作环境;新兴气敏材料石墨烯具有较大的比表面积和室温下较高的电子迁移率,有利于气体分子的吸附并检测到室温下的响应。本文以石墨烯与其他气敏材料复合,采用气喷工艺在叉指电极上制备出薄膜气体传感器,组成阵列对混合气体进行识别和预测。主要研究内容分为三个部分:1.对石墨烯气体传感器的动态响应进行建模分析,提出标定气体浓度新方法。采用纯还原氧化石墨烯（RGO）以气喷工艺制备了气体传感器,研究RGO敏感膜厚度和还原程度的影响,发现增加RGO敏感膜厚度或提高RGO还原程度,可使得传感器电阻下降幅度呈指数形式变化。由于RGO大的比表面积和丰富的表面官能团,气体分子在其表面易于吸附而难以解吸附,导致气敏测试过程中传感器存在明显的基线漂移。对响应过程的分析表明,随着气体浓度增加,对应的响应速度和加速度也随之增加;进一步分析响应过程的一阶导数和二阶...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：116 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
边界点定性预测。(a)BP预测MSE箱线图;(b)GA-BP预测MSE箱线图;(c)BP网络预测散点图;(d)GA-BP网络预测散点图
对边界点进行定量预测,由图5-12(a)箱线图可以看出,BP网络对原始数据的预测MSE存在一个较大的异常值,鉴于BP网络的训练终止准则是拟合MSE小于期望误差或训练达到一定次数,进一步将迭代次数由1000次增大为10000次,再模拟300次发现仍有类似异常情况,这说明导致异常的原因不是迭代次数,而是BP网络受初始权重影响陷入局部最优。尽管这种异常情况发生的可能性较小(箱线图中只有个别异常点),在300次模拟中仅出现一次,但应用中一旦发生将会导致严重后果。图5-12(b)表明GA-BP网络算法对三种数据的预测MSE都不再有较大的异常值,这说明GA-BP网络算法将GA的全局搜索和BP的局部寻优能力综合起来,经过遗传算法GA对初始权重进行优化后,再用BP网络进行训练和预测,可以取得较好效果,保证结果的稳定性。
电阻式气体传感器常用金属氧化物、导电聚合物和导电复合材料作为传感材料,其工作原理是,当气体与材料接触后导致材料某些特性发生变化,从而引起传感器的电阻发生变化,根据电阻值变化来检测气体浓度。电阻式气体传感器的响应通常采用ΔR/Rb计算,其中ΔR是传感器接触待测气体后电阻的最大改变量,Rb是接触待测气体前的基线电阻。1.3.2 QCM气体传感器
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于电子鼻的气体识别神经网络算法研究[J]. 崔恩培,芶嵩淋,纪越. 科技与创新. 2019(06)
[2]基于GA-RBF的煤矿机器人井下混合气体检测系统的研究[J]. 许刚. 计算技术与自动化. 2018(03)
[3]石墨烯基气体传感器[J]. 万树,邵梓桥,张弘韬,杨远敏,邵志勇,万能,孙立涛. 科学通报. 2017(27)
[4]基于SAW传感器阵列的混合气体定性分析[J]. 方天恩,漆晶,张朝阳,苏开荣,杨靖. 压电与声光. 2017(04)
[5]人工肺-嗅觉系统集成与混合气体识别方法[J]. 杨胜男,吴伟国. 哈尔滨工业大学学报. 2017(01)
[6]电子鼻鉴别白酒信号小波去漂移方法[J]. 殷勇,白玉,于慧春,郝银凤,王润博. 农业机械学报. 2016(11)
[7]Polyvinylpyrrolidone/graphene oxide thin films coated on quartz crystal microbalance electrode for NH3 detection at room temperature[J]. MA XingFang,XIE GuangZhong,SU YuanJie,DU HongFei,XIE Tao,JIANG YaDong. Science China（Technological Sciences）. 2016(09)
[8]有机薄膜晶体管气体传感器的研究进展[J]. 谢光忠,吴寸雪,蒋亚东,太惠玲,苏元捷,杜晓松. 电子科技大学学报. 2016(04)
[9]A Review on Graphene-Based Gas/Vapor Sensors with Unique Properties and Potential Applications[J]. Tao Wang,Da Huang,Zhi Yang,Shusheng Xu,Guili He,Xiaolin Li,Nantao Hu,Guilin Yin,Dannong He,Liying Zhang. Nano-Micro Letters. 2016(02)
[10]电子鼻技术检测肉品腐败的研究进展[J]. 顾欣哲,潘磊庆,张伟,孙晔,王振杰,屠康. 南京晓庄学院学报. 2015(06)
硕士论文
[1]气体传感器阵列数据的智能分析与研究[D]. 辜文祥.电子科技大学 2016
本文编号：3296505
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：116 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
边界点定性预测。(a)BP预测MSE箱线图;(b)GA-BP预测MSE箱线图;(c)BP网络预测散点图;(d)GA-BP网络预测散点图
对边界点进行定量预测,由图5-12(a)箱线图可以看出,BP网络对原始数据的预测MSE存在一个较大的异常值,鉴于BP网络的训练终止准则是拟合MSE小于期望误差或训练达到一定次数,进一步将迭代次数由1000次增大为10000次,再模拟300次发现仍有类似异常情况,这说明导致异常的原因不是迭代次数,而是BP网络受初始权重影响陷入局部最优。尽管这种异常情况发生的可能性较小(箱线图中只有个别异常点),在300次模拟中仅出现一次,但应用中一旦发生将会导致严重后果。图5-12(b)表明GA-BP网络算法对三种数据的预测MSE都不再有较大的异常值,这说明GA-BP网络算法将GA的全局搜索和BP的局部寻优能力综合起来,经过遗传算法GA对初始权重进行优化后,再用BP网络进行训练和预测,可以取得较好效果,保证结果的稳定性。
电阻式气体传感器常用金属氧化物、导电聚合物和导电复合材料作为传感材料,其工作原理是,当气体与材料接触后导致材料某些特性发生变化,从而引起传感器的电阻发生变化,根据电阻值变化来检测气体浓度。电阻式气体传感器的响应通常采用ΔR/Rb计算,其中ΔR是传感器接触待测气体后电阻的最大改变量,Rb是接触待测气体前的基线电阻。1.3.2 QCM气体传感器
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于电子鼻的气体识别神经网络算法研究[J]. 崔恩培,芶嵩淋,纪越. 科技与创新. 2019(06)
[2]基于GA-RBF的煤矿机器人井下混合气体检测系统的研究[J]. 许刚. 计算技术与自动化. 2018(03)
[3]石墨烯基气体传感器[J]. 万树,邵梓桥,张弘韬,杨远敏,邵志勇,万能,孙立涛. 科学通报. 2017(27)
[4]基于SAW传感器阵列的混合气体定性分析[J]. 方天恩,漆晶,张朝阳,苏开荣,杨靖. 压电与声光. 2017(04)
[5]人工肺-嗅觉系统集成与混合气体识别方法[J]. 杨胜男,吴伟国. 哈尔滨工业大学学报. 2017(01)
[6]电子鼻鉴别白酒信号小波去漂移方法[J]. 殷勇,白玉,于慧春,郝银凤,王润博. 农业机械学报. 2016(11)
[7]Polyvinylpyrrolidone/graphene oxide thin films coated on quartz crystal microbalance electrode for NH3 detection at room temperature[J]. MA XingFang,XIE GuangZhong,SU YuanJie,DU HongFei,XIE Tao,JIANG YaDong. Science China（Technological Sciences）. 2016(09)
[8]有机薄膜晶体管气体传感器的研究进展[J]. 谢光忠,吴寸雪,蒋亚东,太惠玲,苏元捷,杜晓松. 电子科技大学学报. 2016(04)
[9]A Review on Graphene-Based Gas/Vapor Sensors with Unique Properties and Potential Applications[J]. Tao Wang,Da Huang,Zhi Yang,Shusheng Xu,Guili He,Xiaolin Li,Nantao Hu,Guilin Yin,Dannong He,Liying Zhang. Nano-Micro Letters. 2016(02)
[10]电子鼻技术检测肉品腐败的研究进展[J]. 顾欣哲,潘磊庆,张伟,孙晔,王振杰,屠康. 南京晓庄学院学报. 2015(06)
硕士论文
[1]气体传感器阵列数据的智能分析与研究[D]. 辜文祥.电子科技大学 2016
本文编号：3296505
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/xxkjbs/3296505.html
