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2010年第29卷第1期
传感器与微系统( Transducer and Microsystem Technologies)
DMMP在纳米分子筛敏感薄膜中的解吸附特性
姚伟,纪新明,周嘉,包宗明,鲍敏杭,黄宜平
(复旦大学微电子学系专用集成电路及系统国家重点实验室,上海200433)
摘要:分子筛膜的脱附困难是制约纳米分子筛敏感膜传感器发展的主要技术瓶颈之一,传统的高温脱
附和纯氮气吹洗的方法无法有效地使纳米分子筛膜得到再生。针对 Silicalite-1,ZSM5和Cu-ZSM53种
纳米分子筛,利用石英晶体微天平(QCM)技术,研究了氮气吹洗法、高温脱附法和高频交变电场脱附法对
甲基磷酸二甲酯(DMMP)气体的脱附特性。结果显示:超声频交变电场脱附法可以使脱附时间从传统方
法的20mn缩短到60s以内,并达到85%以上的脱附率,使传感器的重复性很快得到再现
关键词:纳米分子筛;类神经毒气甲基磷酸二甲酯;吸附与脱附
中图分类号:TP212.3
文献标识码:A
文章编号:1000-9787(2010)01-0021-083
Desorption characterizations of DMMP gas in nano-zeolite films
YAO Wei, JI Xin-ming, ZHOU Jia, BAO Zong-ming, BAO Min-hang, HUANG Yi-ping
( State Key Laboratory of ASIC and System, Department of Microelectronics
Fudan University, Shanghai 200433, China)
Abstract The difficulty of desorption of dimethylmethylphosphonate(DMMP)gas is one of the key technical
bottleneck which restrict the development of nano-zeolite sensitive membrane. The traditional desorption method
such as high-temperature desorption and blow nitrogen to dry can not effectively make the nano-zeolite films
eneration. A novel desorption method for strong polar molecule DMMP using high frequency alternate electric
fields is proposed. Three kinds of nano-zeolites, Silicalite-1, ZSM-5 and CU-ZSM-5 with different size and
microstructure are synthesized. The result shows that the desorption time decreases from 20 min to 60 s and the
ratio of desorption up to 85 by using the method with the high frequency alternate electric field against
traditional desorption methods
Key words: nano-zeolite; nerve gas DMMP; absorption and desorption
衡量器件性能优劣的主要指标之一,而影响传感器稳定性
各种气体传感器要获得高的灵敏度、好的选择性,就要
的最主要因素是敏感膜的脱附特性。分子筛膜的脱附困难
研究开发理想的敏感膜。膜的选择首先需对被测气体有较
直是纳米分子筛敏感膜传感器发展的主要技术瓶颈之
好的响应,也要求敏感膜有很好的重复和稳定性。分子筛一,传统的高温脱附和纯氮气吹洗办法无法有效地使纳米
作为一种吸附材料,有很高的比表面积和吸附能力,有良好
膜得到再生。
的热稳定性,目前,已被广泛地应用在工业生产中的吸附
针对化学神经类毒气沙林的类似物DMMP,本文探索
离子交换和催化剂材料中2。而且,通过制备不同孔径了一种能够使纳米分子筛敏感薄膜快速脱附的方法。根据
和形状的分子筛以及特定的化学修饰可以使传感器达到高目标气体DMP分子的物理和化学性质,以及分子筛敏感
灵敏度和高选择性,近年来,在化学传感器领域中得到广泛膜吸附的特点,选择了不同组成、不同结构和不同形貌的
关注,如在SAW,QCM,阻抗型等传感器中已有应用8。
种纳米分子筛敏感膜, Silicalite--1,ZSM-5纳米分子筛和
甲基磷酸二甲酯(DMMP)被认为是化学神经类毒剂沙Cu-ZSM5纳米分子筛,以研究其对DMMP气体的脱附特
林的相似物,其化学结构与沙林相似,所以,可以先研究性
DMMP气体传感器,获得神经类传感器的原型。基于纳米
纳米分子筛材料的制备
分子筛敏感薄膜的气体传感器,分子筛敏感膜的重复性是
分别采用水热晶化法制备了 Silicalite-1和ZSM5纳米
分子筛,用离子交换法制备了Cu-ZSM-5纳米分子筛。
收稿日期:2009-07~10
基金项目:教育部博土点基金资助项目(20070246099)