404 爆炸物质激光探测器 - Materials Views 中国

爆炸物质激光探测器

在先前已经证实了有机半导体激光可以被用作探测以硝基芳烃为基本成分的爆炸蒸汽(例如:三硝基甲苯)的化学传感器。但是目前尚无法确定的是,此种探测器对这些蒸汽进行响应所需的时间,而这是确定探测器适用性的关键因素。目前,Yang、Turnbull和Samuel通过一项新的研究来测试一种聚芴激光对出现爆炸蒸汽后的响应时间。

由于半导体和蒸汽之间将发生化学相互作用,因而这种有机半导体激光可以探测含硝基芳烃的蒸汽。硝基芳烃分子是一种缺电子分子,因而在电子从半导体转移至爆炸蒸汽中时,激光的发生光将减少。通过观测此种发射光的变化,可以推断是否出现爆炸蒸汽。

在本研究中,研究人员将聚芴激光曝露于浓度为9.8 ppb的1,4-二硝基苯(DNB)中,并对激光的时变影响进行了监控。在曝露于DNB蒸汽中后,由于上述电子转移作用,激光激发所需的输入能量阈值增加了1.8倍。此外还观测到激光输出能量与输入能量之比减少了1/3。在未来的探测系统中,这些作用均可以被用来对爆炸蒸汽进行探测。

但是,对探测器的响应和恢复时间进行测量是本研究的主要目的。在曝露于蒸汽中后,激光的光发射一开始迅速减少,这使得可在曝露后数十秒内实现蒸汽的探测。但是,之后光发射的减少放缓并且在约4-5分钟后达到平衡。本文作者认为最初的快速减少是由于DNB分子与聚芴半导体表面相互作用而产生的,而之后衰退放缓是由于DNB扩散至半导体更深部位的速度放缓。此外,他们还对恢复时间进行了测量,因为这同样是决定传感器适用性的一项重要因素。激光在留在于空气中后3.5小时完全恢复,使用氦气冲洗激光后3分钟完全恢复,但是当在真空中清洗激光后,仅20秒就完全恢复了。

此外,作者还根据DNB蒸汽扩散进入半导体的情形,形成了一种简单的理论模型;这一模型为实验结果提供了支持并使得可以对扩散深度进行计算。

所有这些结果表明,聚芴激光在曝露后几秒钟内,可探测出微量的爆炸蒸汽。这使得聚芴激光可以被用作探测爆炸装置。并且,毫无疑问开发此类装置用于实际用途只是迟早的问题。

图片来源:http://www.flickr.com/photos/hellochris/CC BY 2.0

Y. Yang et al., Adv. Funct. Mater.; DOI: 10.1002/adfm.200901904.

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