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研究生： 詹子輝
Tzu-Hui Chan
論文名稱： 中空孔洞高分子纖維應用於弦振動式氣相層析感測器
The Application of Porous Hollow Polymer Fibers in Polymer String Vibration Gas Sensor
指導教授： 呂家榮
Lu, Chia-Jung
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 化學系
Department of Chemistry
論文出版年： 2012
畢業學年度： 100
語文別： 中文
論文頁數： 76
中文關鍵詞： 同軸電紡 、聲波 、氣相層析 、感測器
英文關鍵詞： Co-axial electrospinning, acoustic, gas sensor, GC
論文種類： 學術論文
相關次數： 點閱：182  下載：3 
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    • 本研究針對高分子弦震動式氣相層析感測器其核心高分子弦之結構變化探討，當有機氣體吸附在高分子弦時，會造成其發生質量與機械性質的改變，使得通過之正弦波的振幅強度產生衰減進而以電腦記錄觀察。本篇研究即是針對高分子弦結構做探討，使用聚乳酸做為高分子弦材料，針對不同高分子弦結構採用直接拉弦法與同軸電紡法來製作出實心高分子弦、實心具孔洞結構高分子弦、中空高分子弦及中空具孔洞結構之高分子弦。將此裝置串連於氣相層析儀上做為感測器使用，可以發現中空且具孔洞結構之高分子弦感測器相較於實心高分子弦與中空高分子弦，其訊號偵測有大幅躍進：將原本無法偵測有機氣體之實心高分子弦，在經過結構改變後，其偵測極限可降至2μg，故可確信此感測器在經過適當的結構改變處理後即可有效提升靈敏度。未來將針對此結構進行加工與改變，以期待有更好之偵測表現且有效提升其靈敏度。

    This research reports the development of polymer string vibration (PSV) gas sensor, employing four different structure of fibers produced by the co-axial electrospinning. The sensor fabricated by connecting the polymer fibers between function generator and microphone. The material of polymer fibers were polylactic acid(PLA). The PSV sensor could be connected to the outlet of a GC capillary. In case that VOCs pass through the polymer fibers, the polymer fibers would cause the changes in mass and mechanical properties, and the PSV wave amplitude would decrease then recover. Four different types of fiber structures were used in this study, porous hollow, hollow, porous solid and solid. The result indicated that, the PSV sensor employing hollow porous fibers showed the highest sensitivity. In the case of vapor samples, including ethyl acetate, benzene, 1,4-dioxane, toluene, butyl acetate, chlorobenzene, m-xylene, the limits of detection were found to be ~2μg. From this research, we proved that the structure modified would improve sensitivity and explore an application of electrospinning.

    中文摘要..................................................I 英文摘要.................................................II 目錄....................................................III 圖目錄..................................................VII 表目錄....................................................X 第一章 緒論..............................................1 1.1 前言..............................................1 1.2 聲波感測器之發展..................................2 1.2.1 石英微量天平氣體感測器............................3 1.2.2 表面聲波感測器....................................5 1.3 高分子材料特性及簡介..............................7 1.3.1 高分子材料的分類..................................7 1.3.2 高分子的物理特性..................................9 1.3.3 聚乳酸簡介.......................................11 1.4 靜電紡絲.........................................12 1.4.1 靜電紡絲之簡介...................................12 1.4.2 靜電紡絲原理.....................................14 1.4.3 同軸電紡法.......................................15 1.4.4 靜電紡絲之參數影響...............................16 1.5 快速傅立葉轉換簡介...............................18 1.6 聲波產生器與接收器之簡介.........................19 1.6.1 聲波產生器.......................................19 1.6.2 麥克風...........................................20 1.7 研究動機.........................................22 第二章 實驗方法及步驟...................................23 2.1 藥品及儀器設備...................................23 2.1.1 實驗藥品.........................................23 2.1.2 實驗儀器.........................................25 2.2 高分子弦振動式感測器製作步驟.....................27 2.2.1 使用靜電紡絲製備高分子弦.........................27 2.2.2 以直接拉弦法製作高分子弦.........................30 2.2.3 弦振動式感測器（氣相層析用）裝置製作.............31 2.2.4 弦振動式感測器（氣體生成系統用）裝置製作.........34 2.3 使用之LabVIEW程式................................35 2.4 樣品配製.........................................37 2.5 量測系統的架設與測量.............................38 2.5.1 氣體生成系統 – 弦振動式感測器系統架設...........38 2.5.2 氣相層析儀 – 弦振動式感測器系統架設.............40 第三章 結果與討論.......................................42 3.1 材料選擇.........................................42 3.1.1 Polyacrylic acid.................................43 3.1.2 Polyisobutylene..................................44 3.1.3 Polychloroprene..................................45 3.1.4 Polyepichlorohydrin..............................46 3.2 實驗最佳條件探討.................................48 3.2.1 PLA四種結構於SEM下呈現...........................48 3.2.2 PLA四種結構於氣體生成系統測試....................51 3.2.3 PLA四種結構串聯GC比較............................54 3.2.4 纖維數量探討.....................................56 3.2.5 頻率對實驗影響...................................58 3.3 感測器串聯GC之混合氣體測試.......................60 3.4 化合物偵測極限探討...............................65 3.4.1 相同官能基氣體測試...............................65 3.4.2 分子量接近化合物測試.............................67 3.5 再現性測試.......................................70 3.6 感測器反應機制探討...............................71 第四章 結論.............................................73 參考文獻.................................................74

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