AN INVESTIGATION OF THE SENSITIVITY OF POLYMER-COATED SURFACE ACOUSTIC WAVE-BASED GAS SENSORS IN THE DETECTION OF VOLATILE ORGANIC COMPOUNDS

聚二甲基硅氧烷 材料科学 二氯甲烷 灵敏度(控制系统) 声表面波 聚合物 基质(水族馆) 三氯乙烯 声表面波传感器 分析物 胶粘剂 挥发性有机化合物 分析化学(期刊) 聚酰亚胺 图层(电子) 复合材料 化学 声学 有机化学 色谱法 电子工程 工程类 地质学 物理 海洋学 溶剂
作者
Aliza Aini Md Ralib,Amirah Syahirah Syamsil Omar
出处
期刊:IIUM Engineering Journal [IIUM Press, International Islamic University Malaysia]
卷期号:22 (2): 168-177 被引量:1
标识
DOI:10.31436/iiumej.v22i2.1612
摘要

Surface acoustic wave sensors (SAWs) are excellent at detecting volatile organic compounds (VOCs) since a sensing layer can be created by spreading a thin film of material across the delay line. This critically enhances performance as it is sensitive to the physical phenomena of interest. This study aims to provide a thorough investigation of the sensitivity of polymer-coated SAW-based gas sensors to VOCs using simulations via the finite element method (FEM). As such, quartz was chosen as the piezoelectric substrate while polymeric materials were chosen as the sensing layers due to their high sensitivity, low energy consumption, short response time, performance at room temperature, and reversibility after exposure to an analyte. The polymeric materials chosen were: (1) polyisobutylene (PIB), (2) polydimethylsiloxane (PDMS), (3) polyisoprene (PIP), (4) polyimide (PI), and (5) phenylmethyldiphenylsilicone (OV25). The VOCs chosen for investigation were: (1) dichloromethane (DCM), (2) trichloroethylene (TCE), (3) 1,2-dichloroethylene (DCE), and (4) carbon tetrachloride (CCl4). The performance of each polymer-coated SAW sensor was evaluated in terms of frequency shift and sensitivity to each VOC in FEM simulations. Our study found that the PIB-coated sensor had the highest sensitivity (4.0571 kHz/ppm) to DCM vapor and good sensitivity (45.257 kHz/ppm) to TCE vapor. However, the performance of each polymer-coated sensor varied depending on the type of VOC being tested. As an example, while the OV25-coated sensor was more sensitive (52.57 kHz/ppm) than the PIB-coated sensor (53.54 kHz/ppm) to TCE vapor regardless of the concentration, the PIB-coated sensor was more sensitive to DCM vapor at both low (4.06 kHz/ppm) and high (3.54 kHz/ppm) concentrations than the OV25-coated sensor. Therefore, the results of our FEM simulations indicate that polymer-coated SAW-based gas sensors are highly capable of self-powered VOC detection. ABSTRAK: Sensor gelombang akustik permukaan (SAW) adalah sangat baik dalam mengesan sebatian organik meruap yang tidak stabil (VOCs), kerana lapisan pengesan dapat dihasilkan dengan melapis nipis bahan pada lapisan garis tunda. Cara ini dapat menambah baik prestasi kerana ianya sensitif kepada fenomena fizikal yang dituju. Kajian ini bertujuan bagi menyediakan kajian menyeluruh terhadap kesensitifan sensor gas berasaskan SAW bersalut polimer pada VOC menggunakan simulasi melalui kaedah unsur terhingga (FEM). Oleh itu, kuarza dipilih sebagai substrat piezoelektrik manakala bahan polimer dipilih sebagai lapisan penginderaan berdasarkan kepekaan tinggi, penggunaan tenaga rendah, respon masa singkat, prestasi suhu bilik, dan faktor keboleh-balikan setelah terdedah kepada analit. Bahan polimer yang dipilih adalah: (1) polisobutilena (PIB), (2) polidimethilsiloxana (PDMS), (3) polisoprena (PIP), (4) polimida (PI), dan (5) phenilmethildiphenilsilikon (OV25). VOC terpilih bagi kajian adalah: (1) diklorometana (DCM), (2) trikloretilena (TCE), (3) 1,2-dikloroetilena (DCE), dan (4) karbon tetraklorida (CCl4). Prestasi setiap sensor SAW bersalut polimer dinilai berdasarkan peralihan frekuensi dan kesensitifan pada setiap VOC simulasi FEM. Dapatan kajian menunjukkan sensor bersalut-PIB mempunyai kesensitifan paling tinggi (4.0571 kHz/ppm) terhadap wap DCM dan kepekaan yang baik (45.257 kHz / ppm) terhadap wap TCE. Walau bagaimanapun, prestasi setiap sensor bersalut polimer adalah berbeza bergantung kepada jenis VOC yang sedang diuji. Sebagai contoh, sensor bersalut OV25 adalah lebih sensitif (52,57 kHz/ppm) daripada sensor bersalut PIB (53,54 kHz/ppm) pada wap TCE tanpa mengira kepekatan. Manakala sensor bersalut PIB lebih sensitif terhadap wap DCM pada kedua-dua kepekatan rendah (4.06 kHz/ppm) dan tinggi (3.54 kHz/ppm) daripada sensor bersalut-OV25. Oleh itu, hasil simulasi FEM menunjukkan bahawa sensor gas berasaskan SAW bersalut polimer adalah sangat berpotensi sebagai pengesan VOC berkuasa sendiri.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
刚刚
Geopoison完成签到,获得积分10
1秒前
YUNI完成签到 ,获得积分10
1秒前
1秒前
zer0完成签到,获得积分10
1秒前
1秒前
Codd完成签到,获得积分10
1秒前
1秒前
钟钟完成签到,获得积分10
1秒前
null的应助被过雨露采纳,获得10
1秒前
123发布了新的文献求助30
2秒前
lll完成签到,获得积分10
2秒前
彩色丹秋完成签到,获得积分10
2秒前
甜美三毒发布了新的文献求助10
2秒前
苏玉瑶完成签到,获得积分10
2秒前
叫我第一名完成签到 ,获得积分10
2秒前
陈M雯发布了新的文献求助10
2秒前
传奇3的应助被ypx采纳,获得10
2秒前
3秒前
3秒前
充电宝的应助被carat采纳,获得10
3秒前
布鲁克克完成签到,获得积分10
3秒前
3秒前
DoLaso完成签到,获得积分10
3秒前
乐乐的应助被葫芦采纳,获得10
3秒前
清秋1001完成签到,获得积分10
3秒前
怕孤单的海白完成签到,获得积分10
3秒前
红叶完成签到,获得积分10
4秒前
mumu完成签到,获得积分10
4秒前
HCQ0220发布了新的文献求助10
5秒前
5秒前
orixero的应助被chiien采纳,获得10
5秒前
温乘云完成签到,获得积分10
5秒前
钟钟发布了新的文献求助30
5秒前
刘艳林完成签到,获得积分20
6秒前
英勇浩宇发布了新的文献求助10
6秒前
Daewoo发布了新的文献求助10
7秒前
江上完成签到 ,获得积分10
7秒前
笛子发布了新的文献求助10
7秒前
小妮子发布了新的文献求助10
7秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Energie-Contracting 1500
Spec 401: Standards for Jet Fuel Facility and Equipment Commissioning and Flushing at Airports, 2026.1 (Original Issue) 1000
Spec 103: Standard for Jet Fuel Quality Control at Airports, Revision 2026.1 1000
Mathematical models in hydrology 1000
Klimaschutzrecht durch den Energiesektor im Mehrebenensystem – Ein Rechtsvergleich 1000
Introduction to Industrial/Organizational Psychology 800
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 计算机科学 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 物理 复合材料 内科学 催化作用 光电子学 人工智能 细胞生物学 无机化学 物理化学 数学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 8092003
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9504347
关于积分的说明 21440885
捐赠科研通 7664248
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3405097
关于科研通互助平台的介绍 2533466
邀请新用户注册赠送积分活动 2443883