沿室温条件下探测二氧化碳和甲烷的沸石咪唑酯框架涂覆声学传感器
摘要：用敏感传感器将金属有机框架（MOFs）等纳米多孔材料整合在一起，可以构建稳健的气体和化学蒸汽监测平台，适用于各种应用。在这里，我们报告了将沸石咪唑酸盐框架-8（ZIF-8）MOF与表面声波（SAW）和厚度剪切模式石英晶片微天平（QCM）装置整合起来，以在环境条件下监测二氧化碳（CO2）和甲烷（CH4）。MOF直接涂覆在定制的Y-Z LiNbO3 SAW延迟线（工作频率f0 = 436 MHz）和AT割石英振荡器（谐振频率f0 = 9 MHz）上，然后在N2中的环境条件下对各种气体进行测试。该装置能够检测到CO2或CH4浓度的变化，对CO2的敏感性相对较高，这是由于其更高的吸附能力和更重的分子质量。传感器显示出完全的可逆性和重复性，这归因于气体在MOF中的物理吸附和装置的高稳定性。两种类型的传感器对二元气体组成的变化表现出线性响应，从而可以构建校准曲线，与基于混合气体重力吸附等温线在块状样品上测量的预期质量变化相吻合。对于200 nm厚度的薄膜，SAW对CO2和CH4的灵敏度分别为1.44x10^-6/vol-\%和QCM灵敏度为0.24x10^-6/vol-\%和1x10^-8/vol-\%，灵敏度被评估为信号的比例变化。SAW传感器还对100 nm - 300 nm厚度的薄膜进行了评估，发现灵敏度随着厚度的增加而增加，这是由于孔隙数量增加，可以吸附更多气体。此外，SAW装置在远程检测气体方面具有良好的无线响应能力。
作者：Jagannath Devkota (1,2), Ki-Joong Kim (1,2), Paul R. Ohodnicki (1,3), Jeffrey T. Culp (1,2), David W. Greve (4,5), and Jonathan W. Lekse (1) ((1) National Energy Technology Laboratory, Pittsburgh, (2) AECOM Pittsburgh, (3) Department of Materials Science and Engineering, Carnegie Mellon University, (4) Department of Electrical and Computer Engineering, Carnegie Mellon University, (5) DWGreve Consulting)
论文ID：1712.08468
分类：Applied Physics
分类简称：physics.app-ph
提交时间：2018-04-19