丙烯酰胺光致聚合物全息傳感器環(huán)境響應(yīng)特性研究.pdf

1、全息傳感器是近年來(lái)備受關(guān)注的一種新型傳感裝置，它利用高靈敏度、高信噪比和高動(dòng)態(tài)范圍的核心光學(xué)元件，通過全息圖像的衍射色和圖像強(qiáng)度表征不同的環(huán)境條件。與其他有機(jī)光致聚合物材料相比，丙烯酰胺聚合物（PVA/AA）材料具有衍射效率較高、響應(yīng)速度快、成本低廉以及制備工藝簡(jiǎn)單靈活的優(yōu)點(diǎn)，是制備性能優(yōu)良的全息傳感器的理想材料。目前已有不少研究人員研究PVA/AA材料的全息特性，但在全息傳感方面的應(yīng)用卻缺乏量化實(shí)驗(yàn)結(jié)果，因此，補(bǔ)充環(huán)境響應(yīng)的量化數(shù)據(jù)，

2、深入研究材料的傳感特性是一項(xiàng)十分有意義的科研課題。本文在簡(jiǎn)要描述了PVA/AA材料的制備，分析了全息傳感器的實(shí)驗(yàn)原理的基礎(chǔ)上，著重研究了透射光柵及反射光柵下PVA/AA材料對(duì)環(huán)境濕度以及有機(jī)氣體乙醇的響應(yīng)特性，為加快全息傳感的實(shí)用化進(jìn)程奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
　　研究結(jié)果表明，待測(cè)傳感氣體的滲透過程會(huì)導(dǎo)致PVA/AA材料調(diào)制深度與平均折射率減小，平均折射率的減小導(dǎo)致峰值波長(zhǎng)藍(lán)移，但溶脹作用引起條紋間距增大，進(jìn)而導(dǎo)致峰值波長(zhǎng)紅移，兩者之間

3、的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制影響衍射峰波長(zhǎng)的移動(dòng)。濕度響應(yīng)中，峰值波長(zhǎng)明顯紅移，最大紅移約60nm。乙醇響應(yīng)中，首次發(fā)現(xiàn)峰值波長(zhǎng)藍(lán)移現(xiàn)象，最大藍(lán)移約5nm。由于交聯(lián)結(jié)構(gòu)存在彈性回復(fù)力，溶脹過程與峰值波長(zhǎng)變化不一致，所以溶脹作用滯后于平均折射率的減小，紅移現(xiàn)象出現(xiàn)在藍(lán)移之后。加入納米Y沸石后，最大藍(lán)移達(dá)到10nm，最大紅移接近90nm。最優(yōu)Y沸石濃度為0.3wt％。納米粒子的加入有效的抑制了衍射效率的減小，提高了材料響應(yīng)的靈敏度，拓寬了全息光柵的探測(cè)范圍。

4、隨著材料樣品放置傾斜角度的增大，峰值波長(zhǎng)位移減少。光譜可逆性說明傳感器在實(shí)際應(yīng)用中可反復(fù)多次測(cè)量。
　　綜合以上全息特性，明顯的波長(zhǎng)紅移是傳感高濃度氣體的代表性方法，呈線性變化的藍(lán)移現(xiàn)象為傳感低濃度、低折射率的氣體提供了新的有效方法。反射光柵對(duì)傳感蒸氣具有高靈敏度的響應(yīng)，因此適用于低濃度蒸氣的傳感，透射光柵則適用于高濃度蒸氣的傳感?？傊?，PVA/AA材料有著很好的研究?jī)r(jià)值，以此制備的全息傳感器是一種快捷、簡(jiǎn)便、直觀的新型傳感器，在