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第1章 绪论1

1.1 背景1

1.1.1 导电聚合物气体传感器2

1.1.2 传感原理4

1.1.3 分子模拟5

1.2 目的8

1.3 本书大纲11

第2章 基于纳米线的气体传感器13

2.1 引言13

2.2 纳米线的合成与制备15

2.2.1 自顶向下和自底向上法15

2.2.2 基于迭代热尺寸减少的自顶向下纳米制造法18

2.3 传导机理和传感性能20

2.3.1 金属纳米线20

2.3.2 半导体纳米线23

2.3.3 硅纳米线气体传感器25

2.3.4 导电聚合物纳米线气体传感器27

2.4 基于纳米线的气体传感器分类、构造及工作原理28

2.4.1 基于纳米线的电阻型气体传感器29

2.4.2 纳米线场效应气体传感器31

2.4.3 光学纳米线传感器33

2.4.4 基于纳米线的气体电离传感器35

2.4.5 使用纳米线的石英晶体微天平传感器36

2.4.6 使用纳米线的表面声波传感器37

2.4.7 自供电型纳米线气体传感器39

2.5 迈向“超越摩尔”40

2.6 聚苯胺涂层纳米线CO2传感器41

2.7 讨论与结论42

2.8 展望44

第3章 分子力场验证46

3.1 引言46

3.2 分子模型与仿真50

3.2.1 构建非晶态聚合物模型50

3.2.2 仿真51

3.3 结果与讨论53

3.3.1 模型验证53

3.3.2 预测玻璃态转变温度55

3.3.3 温度对非键能的依赖性57

3.4 本章小结58

第4章 温度对溶度参数的影响60

4.1 引言60

4.2 计算方法63

4.3 分子模拟的细节64

4.3.1 构建非晶态聚合物体系65

4.3.2 聚合物体系的几何优化与平衡67

4.3.3 聚合物的玻璃—橡胶转变68

4.4 结果与讨论68

4.4.1 验证模型在预测溶度参数中的准确性68

4.4.2 温度对比容和内聚能的依赖性69

4.4.3 温度对与溶度参数有关的内聚能组件参数的影响70

4.4.4 温度对溶度参数的依赖性72

4.5 本章小结74

第5章 聚苯胺的传感机理模型75

5.1 引言75

5.2 构建分子模型77

5.3 分子模型和仿真80

5.3.1 分子模型80

5.3.2 模拟质子酸掺杂81

5.4 结果与讨论83

5.4.1 模型验证83

5.4.2 pKa的pH依赖性85

5.4.3 掺杂百分比的pH依赖性86

5.4.4 化学传感材料的评估和选择87

5.5 本章小结88

第6章 聚苯胺的电导率—载流子密度关系89

6.1 引言89

6.2 模型和计算方法91

6.2.1 导电聚合物气体传感器93

6.2.2 分子模型结构94

6.2.3 计算电导率对电荷载流子密度的依赖性95

6.2.4 评估聚苯胺的灵敏度96

6.3 结果和讨论98

6.3.1 模型验证98

6.3.2 电荷载流子密度与pH之间的关系99

6.3.3 电导率与电荷载流子密度之间的关系100

6.3.4 评估EB-PANI和K-SPANI对HCI的灵敏度101

6.4 本章小结102

第7章 官能团对聚苯胺CO2气敏性能的影响104

7.1 引言104

7.2 模型和模拟106

7.2.1 传感原理107

7.2.2 分子模型的构建107

7.2.3 固定压力和模拟109

7.2.4 固定加载模拟109

7.3 结果与讨论110

7.3.1 结构松弛和模型验证110

7.3.2 加载数量的计算111

7.3.3 聚合物分析物相互作用的数值分析112

7.3.4 相对溶解度模型的基准测试113

7.3.5 聚合物的电导率对二氧化碳浓度的依赖性114

7.4 本章小结116

第8章 结论与展望117

8.1 结论117

8.2 展望120

参考文献121