基于沸石的微波式VOCs传感器研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61871245
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    16.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0123.敏感电子学与传感器
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Microwave transduction is one of the developing direction for sensor research. The gas sensor combined with microwave transduction and gas sensing technology has many advantages, such as passive and contactless detection. However, the lower sensitivity limits its application, the main reason is the lack of gas sensing theory. For a microwave gas sensor, the sensing signal is expressed as a dielectric response, and this response is derived from the effect between the micro-polarization in the material and the gas. Therefore, in this project, zeolite is applied as the functional material, VOCs as targeted gases. The main contents in this research are as follows: 1) the reactions between the polarizations in the zeolite and the molecular of VOCs, and the contribution of the reactions on the dielectric constant; 2) the influence of interface polarization on the dielectric response of the composite, which are the combination of zeolite with various materials via surface loading. The implementation of this project will reveal the dielectric sensing mechanism of zeolite-based materials to VOCs.
采用微波换能技术是传感器的发展方向之一。将微波换能技术与气敏技术相结合,可以使气体传感器具有无源和无线检测方式等优势。但较低的灵敏度限制了其应用范围,主要原因是缺少理论研究的支撑。对于微波气体传感器,其敏感信号主要表现为介电响应,而这种响应是源自于材料内微观极化与气体的作用。因此本项目采用沸石作为功能材料,以VOCs为目标气体。主要研究以下内容:1)沸石内多种微观极化与VOCs分子之间的反应,以及这种反应对介电常数的贡献;2)在沸石表面复合多种材料,它们之间的界面极化对介电响应的作用机理。本项目的实施将揭示沸石基材料对VOCs的介电敏感机理。

结项摘要

微波气体传感器是一种新型的气敏元件,由于其被动激发的工作方式,因此具有无线,无源,非接触检测的优势。虽然已有一些关于微波气体传感器的应用研究,但气敏材料在微波频率内的敏感机理尚缺乏深入的研究。本项目主要从研究材料的微观极化与气体相互作用出发,探索材料在微波频率下的敏感机理。主要开展了以下三项研究。(1)沸石对氨气吸附的微波介电常数敏感机理研究。采用自由空间法测试了沸石在不同氨气浓度下的微波介电常数的变化,测试结果发现沸石的介电常数随着氨气浓度的增大而上升。采用多种表征手段和密度泛函数理论计算,证明氨气吸附在沸石中金属阳离子上,由于配位的形成改变了阳离子在沸石中的结构,拉长了阳离子与沸石骨架之间的化学键,增强了沸石的离子极化,从而导致介电常数的增加。(2)多种复合材料的微波介电常数测试和表征。制备了碳纳米管,纳米钯和纳米金与纳米氧化锌的复合材料,并且采用共面波导的方法测试三种复合材料在氨气中的微波介电常数,结果表明复合材料表现出较高的灵敏度,最低检测极限可达1ppm,灵敏度为介电常数变化率为0.012/ppm。(3)在敏感信号处理方面,研究了独立主元分析(ICA)在电子鼻信号处理中的识别能力。由于ICA是对数据矩阵进行高阶的正交分解,因此ICA所提取的特征向量应该具有更好的分辨能力和更多的信息变量。因此在对传感器阵列信号处理中引入ICA进行特征提取,大大提高了传感器阵列在定性和定量识别中的精度和正确率,ICA会更好的发掘传感器阵列信号中的信息变量,提高电子鼻的识别能力。在本项目资助的一年中,发表论文5篇,其中SCI检索3篇,2篇论文在投。申请发明专利2项。培养硕士生一名,在读硕士生4名,在读博士1名。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(3)
基于广义阻抗变换电路的电阻-频率传感信号的表征
  • DOI:
    10.13873/j.1000-9787(2019)11-0011-04
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    传感器与微系统
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵守风;郑雁公;华昌洲;简家文
  • 通讯作者:
    简家文
Wearable electronic nose for human skin odor identification: A preliminary study
用于人体皮肤气味识别的可穿戴电子鼻:初步研究
  • DOI:
    10.1016/j.sna.2018.11.048
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Sensors and Actuators A: Physical
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郑雁公;李晗宇;沈文峰;简家文
  • 通讯作者:
    简家文
Gas Sensing by Microwave Transduction: Review of Progress and Challenges
微波传导气体传感:进展与挑战回顾
  • DOI:
    10.3389/fmats.2019.00101
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Frontiers in Materials
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    李芳欣;郑雁公;华昌洲;简家文
  • 通讯作者:
    简家文
Discriminative power of independent component analysis applied to an electronic nose
独立分量分析应用于电子鼻的判别力
  • DOI:
    10.1088/1361-6501/ab5417
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Measurement Science and Technology
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孙睿智;杜海英;郑雁公
  • 通讯作者:
    郑雁公

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其他文献

沸石及其复合物气体传感器的研究与发展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    硅酸盐通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孙炎辉;王兢;杜海英;郑雁公
  • 通讯作者:
    郑雁公
Differential capacitance in ion-gel-gated organic transistors investigated by impedance spectroscopy
通过阻抗谱研究离子凝胶门控有机晶体管的差分电容
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Ionics
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    张斌;郑雁公;陈伟伟;简家文
  • 通讯作者:
    简家文
带有U形波导的双微环级联结构的传感特性分析
  • DOI:
    10.16136/j.joel.2016.05.0833
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    光电子-激光
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张鑫;简家文;郑雁公;邹杰;李福安
  • 通讯作者:
    李福安
氧化钯作为电位型传感器中敏感电极的工作机理(英文)
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Acta Physico - Chimica Sinica
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郑雁公;朱丽娜;李晗宇;简家文;杜海英
  • 通讯作者:
    杜海英
Wearable electronic nose for human skin odor identification: A preliminary study
用于人体皮肤气味识别的可穿戴电子鼻:初步研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Sensors and Actuators A: Physical
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郑雁公;李晗宇;沈文峰;简家文
  • 通讯作者:
    简家文

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郑雁公的其他基金

基于沸石内络合反应的阻抗型氨气传感器研究
  • 批准号:
    61501271
  • 批准年份:
    2015
  • 资助金额:
    22.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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