各種アルコール検出のための高感度プラスチック光ファイバセンサの開発

开发检测各种酒精的高灵敏度塑料光纤传感器

基本信息

批准号：
21K04076
负责人：
森澤正之
金额：
$ 2.66万
依托单位：
University of Yamanashi
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、様々な環境下で簡便にアルコール類の光学的センシングを実現するために、アルコールに対して膨潤を示すノボラック樹脂をクラッドに用いたリーキー・導波変換型プラスチック光ファイバ(POF)センサの実現を目的とする。具体的には、エレクトロスプレー法を用いた多層化クラッドの形成や凹型くびれ構造化などいろいろな手法を導入して高感度化を図り、最終的に呼気中アルコール濃度0.15mg/L、および、作業環境許容濃度勧告値200ppmのイソプロピルアルコールを検出できるセンサの実現を目指すものである。昨年度までに、ノボラック樹脂の合成方法の改善を行い、それをクラッドに用いたPOF型センサの作製およびその基本特性の測定を通して、PMMAコアにエタノールの吸着による繰り返し測定の劣化を防ぐためにポリスチレン(PS)保護層をクラッドコアに形成することが有効であること可能性を示した。2022年度は、PS保護層の効果を明らかにするために、異なる厚さのPS保護層を持つPOFセンサを作成して、それに対するエタノール蒸気に対する繰り返し応答を測定した。その結果、PS層の厚さの増加に伴って繰り返し特性が改善され、PS保護層の有効性が示された。また、PS層が厚すぎるとセンサ感度に影響があることもわかり、適正な厚さがあることもわかった。さらに、異なるエタノール濃度におけるセンサの応答特性、温度依存性、湿度依存性なども調べ、今後の高感度化に関する基礎的情報の収集を行った。その結果、温度や湿度はセンサ出力にほとんど影響を及ぼさないことがわかり、エタノールに選択性の高いセンサとして有望であることが確認できた。

为了在各种环境下轻松实现酒精的光学传感，本研究旨在开发一种使用随酒精膨胀的酚醛清漆树脂包层的泄漏/波导转换型塑料光纤（POF）传感器，目的是实现以下目标。具体来说，我们引入了多种方法，例如使用电喷雾方法形成多层包层以及创建凹状收缩结构以提高灵敏度，最终实现了呼吸酒精浓度为0.15mg/L，目的是创建一种可以检测异丙醇的传感器推荐环境可接受浓度 200 ppm。到去年，我们改进了酚醛清漆树脂的合成方法，创建了将其用于包层的 POF 型传感器，并测量了其基本特性。我们开发了在聚苯乙烯 (PS) 包层芯上形成保护层的可能性被证明是有效的。在2022财年，为了阐明PS保护层的效果，我们创建了具有不同厚度的PS保护层的POF传感器，并测量了它们对乙醇蒸汽的重复响应。结果，重复性随着 PS 层厚度的增加而提高，证明了 PS 保护层的有效性。我们还发现，如果PS层太厚，会影响传感器灵敏度，所以有一个合适的厚度。此外，我们研究了传感器在不同乙醇浓度下的响应特性、温度依赖性和湿度依赖性，并为未来提高灵敏度收集了基础信息。结果发现，温度和湿度对传感器输出几乎没有影响，证实该传感器有望成为对乙醇具有高选择性的传感器。