检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：李芸南京邮电大学

学位级别：硕士

自然界中物体的运动无处不在，随着新一代信息技术的高速发展，对运动监测的集成化器件的需求日益增加。光子集成芯片是一种在微型芯片上集成多种光子器件的高集成度系统。由于光子器件具有尺寸小、稳定性提高、功耗低等诸多优点，光子... 详细信息

自然界中物体的运动无处不在，随着新一代信息技术的高速发展，对运动监测的集成化器件的需求日益增加。光子集成芯片是一种在微型芯片上集成多种光子器件的高集成度系统。由于光子器件具有尺寸小、稳定性提高、功耗低等诸多优点，光子集成芯片被广泛应用于光通信、光传感、光子计算和智能照明等前沿领域。Ⅲ族半导体材料由于其高量子效率和快速的时间响应，是光子集成芯片的理想候选材料。本文基于Ⅲ族氮化物多量子阱结构的发光和探测特性并存的特点，提出了一种基于蓝宝石衬底外延生长氮化镓多量子阱材料的集成式光子芯片，该芯片具有灵敏的运动监测功能及绿光波段的可见光通信功能。　　该光子芯片的发射器向处于运动状态的目标物体发射绿光波段可见光信号，经过目标物体运动调制的可见光信号反射回光子芯片的接收端，导致接收端光电流的变化。分析接收端光电流的变化，可以探测以不同速度旋转的目标物体的运动情况。本文主要研究了不同发射端偏置电压、不同转速、不同旋转方式对接收端光电流变化的影响。在转速为30rpm时，偏置电压从2.5V增加到2.9V，检测到接收端的电流不断增加，光脉冲电流大小从28nA增加到100nA。从旋转速度来看，一共测试了6种不同的转速，发现单片光子芯片能监测最高转速为300rpm的运动物体，且监测效果良好。从运动方式来看，光子芯片适用于绕轴式旋转和风扇式旋转两种运动方式。上述实验验证了该光子芯片具有良好的运动检测能力。　　本文还研究了光子芯片的各项光电指标及可见光通信性能。首先光子芯片的发光二极管在正偏压区域的开启电压为2.31V，在3.67V时达到100 mA的饱和电流。其次光子芯片的电致发光光谱的光谱峰值为521.4nm，半高宽为28.9nm，是处于绿光波段的可见光信号。电致发光光谱和响应度光谱之间有41.37nm的光谱重叠，说明光子芯片的接收器可以探测到具有相同二极管结构的发射器发射出的光。最后光子芯片的发光功率随着电压的增加呈现近似线性的增长，说明其具有良好的光电转换性能，且电压越大输出光强越大。在通信性能方面，光子芯片作为发射器时数据传输率可以达到34M bps，同时作为发射器/接收器时可达到26K bps。光子芯片能够作为稳定的可见光通信收发终端使用，用于处理和传输芯片采集到的运动探测信号。在同一信号上可以实现通信与传感两大功能，通过感知模块与信号传输模块的相辅相成，实现在可见光范围内的通信感知一体化。基于Ⅲ族氮化物多量子阱材料的光子集成芯片在低成本、低功耗、高集成度的光学运动传感和监控应用领域提供了一条很有前途的途径，是一种具有实用价值的高集成度通感一体终端器件。

关键词：光子芯片运动监测 Ⅲ族氮化物多量子阱结构

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闭环变风量控制系统在实验室通风系统中的应用

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工程技术研究 2024年第2期9卷 118-120页

作者：李智超南京邮电大学江苏南京210023

变风量控制系统在实验室建设中被广泛应用,有助于提升实验室的安全性和实现节能减排的目标。但由于排风柜面风速、实验室静压差、管道静压测量易受传感器安装位置、安装方式、气流扰动等因素的影响,给基于闭环控制方式的实验室变风量控... 详细信息

变风量控制系统在实验室建设中被广泛应用,有助于提升实验室的安全性和实现节能减排的目标。但由于排风柜面风速、实验室静压差、管道静压测量易受传感器安装位置、安装方式、气流扰动等因素的影响,给基于闭环控制方式的实验室变风量控制系统的设计与应用带来了挑战。文章从系统控制原理、性能影响因素出发,以变风量控制系统在某化学实验室中的应用为研究对象,采用数值模拟方法对实验室压力分布、速度分布、空气龄等核心参数进行验证。结果表明,基于性能影响对策优化后的化学实验室气流组织良好,满足排风柜设计使用和实验室化学暴露控制要求。

关键词：闭环控制变风量控制系统排风柜实验室压差控制定静压控制

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基于环境数据的建筑室内空间人员占用水平预测技术研究

基于环境数据的建筑室内空间人员占用水平预测技术研究

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作者：贾志豪南京邮电大学

学位级别：硕士

精准可靠的占用水平预测在提高建筑能效以及以占用者为中心的建筑运维等方面发挥着关键作用。现有的暖通空调节能系统更多地强调了占用检测、估计和定位,以在能耗和热舒适度之间进行权衡。与摄像机,无线射频识别技术等方法不同,以室内... 详细信息

精准可靠的占用水平预测在提高建筑能效以及以占用者为中心的建筑运维等方面发挥着关键作用。现有的暖通空调节能系统更多地强调了占用检测、估计和定位,以在能耗和热舒适度之间进行权衡。与摄像机,无线射频识别技术等方法不同,以室内环境变量作为输入的估计方法,由于其具有低成本、高效率、保护隐私等优势,受到国内外研究人员的关注。然而,现有研究仍面临一些挑战。一方面,由于用于模型构建与训练的数据集资源匮乏并且质量不高,室内占用水平预测模型的泛化性难以保障。另一方面,目前基于单一视图的模型预测能力有限,导致预测准确性较低。在本文工作中,提出一种以迁移学习与多视图学习联合优化的非侵入式室内占有率预测方法,以解决上述问题。具体来说,主要工作和创新点如下:首先,为了提升模型的泛化能力以及解决大量未标记数据的情况,提出了基于环境特征自适应的迁移学习架构,其在源域利用多传感器数据集进行初始模型训练,并将学习到的知识共享到本地,使模型能够更好的适应不同的场景。此外,借助云端强大的算力支撑和大型存储数据库,从训练好的模型中获取知识和特征,减少本地模型的训练时间和计算资源的使用量,实现实时的人员占用水平估计。接着,设计了一种基于多视图协同的室内人员占用水平估计方法,即T-MCCI算法。首先,针对多传感器数据存在的稀疏性问题,在云端进行基于多个环境参数的自监督学习来学习知识,并将知识迁移到本地;然后,本地模型结合云端知识与本地数据进行协同学习,并基于权重的标签组合算法挖掘分类器标签之间的一致性和非一致性信息;最后,通过对分类器多样性的度量,对协同训练过程进行跟踪控制,实现人员占用水平估计。在所采集的数据集上的实验结果表明,相比较于现有的监督学习算法和半监督学习算法,本文提出的人员占用水平算法的性能更高。最后,在基于多视图协同的室内人员占用水平估计算法的基础上,本文提出了更加适用于实际智慧建筑场景的优化方案,即T-MACI方法。一方面,基于迁移学习网络的度量损失,约束传感器数据的视图特征,使得学习的特征更具有区分性和泛化性。另一方面,从全局特征和局部细节特征两个维度出发,研究传感器数据和人员占用水平情况之间的相关性,构建基于分类质量的注意力分类器。最后,基于协同的迭代网络对特征提取网络进行更新,使得人员占用水平模型有更好的占用估计性能。在实际数据集上的实验结果表明,本文提出的算法性能优于对比算法。

关键词：智慧建筑占用估计迁移学习多视图学习注意力机制

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大面积硅光子晶体超表面的制备及光学传感应用

大面积硅光子晶体超表面的制备及光学传感应用

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作者：曹欣怡南京邮电大学

学位级别：硕士

近年来,超表面已经成为纳米光子学中发展最快的领域之一。超表面是由金属或高折射率电介质材料组成的亚波长尺度的纳米结构,可用于设计超薄形式的功能器件。由金属微纳结构构成的等离激元超表面,其主要依靠金属微纳结构的局域等离激元... 详细信息

近年来,超表面已经成为纳米光子学中发展最快的领域之一。超表面是由金属或高折射率电介质材料组成的亚波长尺度的纳米结构,可用于设计超薄形式的功能器件。由金属微纳结构构成的等离激元超表面,其主要依靠金属微纳结构的局域等离激元效应实现对光的调控。其提供强大的光学共振,使得在光束转向器、全息图及高分辨率彩色印刷等方面的应用层出不穷。然而,等离激元超表面最明显的局限性之一是具有较高的光学损耗,因此降低了器件的整体性能,限制了很多实际应用。同时在研究实验中,电子束光刻(EBL)和聚焦离子束(FIB)技术通常用来制备各种小规模的超表面光学器件。但对于未来大规模器件的制备,上述技术存在高成本、加工时间长的缺点。如何实现大规模以及高性能光学器件的制备是目前面临的一大难题。基于上述问题如何实现低成本以及大规模器件的制备。本文中提出了软纳米压印光刻(SNL)和反应离子刻蚀工艺(RIE)相结合的技术来制备大面积光子器件。与传统工艺EBL、FIB等实现小规模纳米结构的制备不同,SNL技术可以实现高通量、大面积纳米结构的制备。文中通过控制刻蚀条件,可以基于一个原始印章获得10个新的纳米结构,并且可以在很大范围内有效调谐超表面共振。实验中还提出了一种迭代压印和刻蚀的方法,以进一步降低超表面的最小尺寸,从而提高较小结构的质量。实验证明该方法能够实现了大规模的纳米结构的扩增而不影响纳米尺度的分辨率,并且降低了实验成本。光学连续域束缚态(BIC)的电介质超表面器件因光学损耗远小于等离激元超表面而受到广泛关注。通过激发准BIC共振模式,可以极大实现近场增强及高质量因子。基于此原理,本论文在第二个研究工作中采用上述方法制备了具有高品质因数的大面积硅基光子晶体器件。结合仿真和实验发现在蚀刻过程中引入横向和垂直维度的变化,会激发了光子晶体中的准BIC模式,并实现最高的质量因子为136的光子器件的制备。我们计算了其折射率传感的超高灵敏度为1703 nm/RIU。该器件在检测葡萄糖溶液浓度变化和单层硅烷分子吸附时观察到良好的光谱移动。该方法实现了大面积、高性能的准BIC器件的低成本制造,这使未来现实的光学传感应用成为可能。综上所述,本论文针对纳米光子学领域如何制备大规模以及高性能光学器件的挑战,提出了结合SNL和RIE工艺方法,实现了具有高Q值的大面积、低成本及高分辨率硅基光子器件的制备。有望推动纳米光子器件的发展,应用于光学传感领域。

关键词：超表面硅基光子晶体连续域束缚态高品质因子光学传感

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基于高Q值轴向渐变型空芯微腔的高灵敏流速传感器

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光学学报 2023年第20期43卷 224-232页

作者：万洪丹张帅陈彧芳张疏桐汪静丽施伟华南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子(未来技术)学院江苏南京210023

创新性地提出了一种基于高Q值轴向渐变型空芯微腔的高灵敏流速传感器,实现了微压状态下微腔回音壁模式共振光场对流体的直接检测。首先,利用流体动力学和有限元算法理论分析了轴向渐变型空芯微腔的流速和光场特性。其次,通过熔融拉锥和... 详细信息

创新性地提出了一种基于高Q值轴向渐变型空芯微腔的高灵敏流速传感器,实现了微压状态下微腔回音壁模式共振光场对流体的直接检测。首先,利用流体动力学和有限元算法理论分析了轴向渐变型空芯微腔的流速和光场特性。其次,通过熔融拉锥和气压控制法制备了高Q值(Q>107)轴向渐变型空芯微腔,利用五维高精度位移平台实现微腔与微纳光纤的高精度、低损耗耦合。实验测试并研究了不同尺寸、不同耦合位置时微腔回音壁模式共振光谱的流速传感特性,获得的最大流速灵敏度达0.27 pm/(μL/min),流速分辨率为1.43μL/min。该传感器具有较高的重复性和实时性,在高灵敏度流体检测、水质检测等领域具有潜在应用价值。

关键词：轴向渐变型空芯微腔流速传感回音壁模式灵敏度分辨率

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基于改进CNN的混合指纹室内定位方法研究

基于改进CNN的混合指纹室内定位方法研究

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作者：王正康南京邮电大学

学位级别：硕士

我们现在生活在一个移动信息时代,随着无线传感器网络、移动智能终端的迅速发展,室内定位正在为众多基于位置的服务(Location Based Service,LBS)提供支持,基于室内位置服务的需求越来越多。目前,室内定位的研究中广泛使用基于指纹的室... 详细信息

我们现在生活在一个移动信息时代,随着无线传感器网络、移动智能终端的迅速发展,室内定位正在为众多基于位置的服务(Location Based Service,LBS)提供支持,基于室内位置服务的需求越来越多。目前,室内定位的研究中广泛使用基于指纹的室内定位方法。在指纹法的定位中,指纹特征和定位模型是影响定位精度的2个关键因素。在指纹特征的选取方面,可见光强度稳定性较高,但位置特征区分度低;无线信号强度区分度较高,但波动性较强。在定位模型的构建方面,基于卷积神经网络(Convolutional Neural Networks,CNN)的定位模型在特征提取时不能有效地突出重要特征,影响指纹特征匹配的准确度,导致定位精度降低。针对上述问题,提出一种基于ECA-CNN的混合指纹室内定位方法(Hybrid Fingerprint Indoor Localization Method Based on ECA-CNN,ECACon-HF)。首先,利用可见光强度和低功耗蓝牙(Bluetooth Low Energy,BLE)接收信号强度指示(Received Signal Strength Indication,RSSI)构建混合指纹,降低BLE指纹不稳定的影响,并增强不同位置之间的区分度。同时,基于高效通道注意力(Efficient Channel Attention,ECA)模块改进CNN定位模型,ECA能够通过跨通道交互策略自适应地提取指纹中的重要信息,抑制指纹中的环境干扰,增强混合指纹特征表达能力,更有效地利用混合指纹优势,从而提高室内定位的精度。实验结果显示,ECACon-HF方法在构建的混合指纹库上可以达到0.316m的定位精度,高于在单一指纹上的精度,并且基于同一指纹库,ECACon-HF方法相比其他室内定位方法,定位精度具有明显优势。本文主要工作如下:(1)使用可见光强度和BLE RSSI构建混合特征指纹,降低BLE指纹不稳定对定位精度的影响,并且增强不同位置指纹特征的区分度,提升指纹匹配的正确率,进而提高定位精度。本文中可见光强度的获取无需使用可见光通信技术,大大降低了设备复杂度。(2)在CNN中引入ECA模块,构建ECA-CNN定位模型,将目标点与各参考点进行匹配,提出一种基于ECA-CNN的混合指纹室内定位方法(ECACon-HF)。ECA模块可以自适应地提取指纹中的重要信息,增强特征表达能力,抑制环境干扰等无效特征,并且ECA模块通过跨通道交互策略显式建模通道之间的相互依赖关系,捕获沿通道方向信息量最大的特征表示,融合可见光指纹与BLE指纹中的位置关联性,充分发挥混合指纹的优势,提高指纹特征匹配的正确率。(3)搭建实验环境,设计并进行了实验,构建了可见光强度和BLE RSSI的混合特征指纹数据集,并在该数据集上验证了本文所提方法的有效性。最后基于本文所提出的ECACon-HF方法设计并实现了室内定位原型系统,将本文研究内容与实际应用场景进行有机结合。

关键词：室内定位混合指纹可见光光强注意力机制低功耗蓝牙

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基于影像技术的悬臂梁式气体传感器

基于影像技术的悬臂梁式气体传感器

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作者：梁银学南京邮电大学

学位级别：硕士

随着科学与技术的发展,气体和湿度的监测与人们的生活、健康、工业生产息息相关,比如挥发性有机化合物(VOC),作为室内外空气污染物,严重危害着人们的健康,因此人们对于该类传感器的需求与日俱增。该类传感器中,基于微悬臂梁(MEMS cantil... 详细信息

随着科学与技术的发展,气体和湿度的监测与人们的生活、健康、工业生产息息相关,比如挥发性有机化合物(VOC),作为室内外空气污染物,严重危害着人们的健康,因此人们对于该类传感器的需求与日俱增。该类传感器中,基于微悬臂梁(MEMS cantilever)的气体传感器具有高灵敏度、实时监测、体积小与半导体工艺兼容等诸多优点,因此发展极为迅速。但是该微型悬臂梁的加工需要使用笨重、昂贵的半导体设备,如光刻机、刻蚀机等,因此其加工门槛高,这严重阻碍了其应用范围。为此我们设计了一种新式悬臂梁,它的加工简单、低成本、无需大型加工设备,并利用摄像头成像的方法检测悬臂梁位移,从而大大节省了成本,使得该类传感器价格便宜、便携,有利于将其应用范围扩展到人们的生产生活中。本文设计的悬臂梁均为三层结构:基底层为6μm铜箔,粘接层(1μm厚度双面胶或卡夫特胶),功能层(12μm聚乙烯膜或者6μm聚酰亚胺膜)。悬臂梁基底上的激光光斑或者标记物颗粒因悬臂梁弯曲从而发生位移,继而被在线成像的摄像头捕捉,经图像处理程序提取出位移。本文涉及位移的图像识别算法,主要为低精度的质心算法和高精度的四象限亮度差算法。本论文主要分为以下三部分:1、制备了基于铜箔、双面胶、聚乙烯薄膜的悬臂梁,使用半导体激光器的光斑和普通网络摄像头成像的气体传感器,并实现了对苯系物气体分子的检测。其检测机理为:目标气体分子扩散进入聚乙烯薄膜分子内产生溶胀效应,从而使悬臂梁产生弯曲和位移。结果显示:以二甲苯气体分子作为目标气体分子时,在0-30 ppm范围内呈现良好的正线性相关,相关系数为0.992,最低检测限为1.5 ppm左右。该传感器还对其他的苯系物具有较好的响应。但该传感器易受湿度变化影响,其影响效果会随着湿度的增加而增大,在0-3%湿度变化范围内呈现正线性关系,相关系数为0.997。为此,实验对湿度影响做出数据矫正,其矫正曲线同样呈现良好的线性关系。2、制备了基于铜箔、双面胶、聚酰亚胺薄膜的悬臂梁,以反光颗粒作为标记,使用普通电子显微镜成像的湿度传感器。其检测原理为:水分子和聚酰亚胺膜之间产生氢键作用力,改变其表面张力,在悬臂梁上下表面产生应力差,从而使悬臂梁产生弯曲。实验结果显示:该传感器在0-6%湿度差变化范围内呈现良好的线性相关,相关系数为0.998,湿度变化的最低检测限为0.1%。该传感器还具有良好的稳定性与选择性,不同环境下均能保持良好的检测特性。然而,气体流量对传感器的影响也是本文研究的内容。3、制备了基于铜箔、有机硅密封胶(卡夫特胶)、聚乙烯薄膜的悬臂梁式气体传感器,位移检测方法和检测机理与1相同。结果显示,当以二甲苯气体分子为目标气体时,该传感器在0-82 ppm范围呈现良好的线性关系,相关系数为0.998,最低检测限为4 ppm,说明该悬臂梁传感器对二甲苯具有较高的灵敏度。最重要的是,该传感器还有极强的湿度抗性,4 ppm二甲苯的响应几乎是20%湿度差(ΔRH)响应的2倍。另外,该实验还为研究悬臂梁每一层材料的功能提供了很好的参考,有利于按照需求调整悬臂梁传感器的性能。

关键词：影像技术悬臂梁式气体传感器聚乙烯薄膜聚酰亚胺薄膜卡夫特胶 VOC 湿度

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基于IMU传感器与深度学习的人体行为识别算法

基于IMU传感器与深度学习的人体行为识别算法

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作者：时尚南京邮电大学

学位级别：硕士

人体行为识别(Human Activity Recognition,HAR)可以定义为利用一系列观察和周围环境,确定一个人在日常活动中所表现出的各种姿势和行为。基于惯性测量单元(Inertia Measurement Unit,IMU)传感器的HAR技术因为成本低、体积小、数据采集... 详细信息

人体行为识别(Human Activity Recognition,HAR)可以定义为利用一系列观察和周围环境,确定一个人在日常活动中所表现出的各种姿势和行为。基于惯性测量单元(Inertia Measurement Unit,IMU)传感器的HAR技术因为成本低、体积小、数据采集不受环境限制等优势,已经吸引了国内外很多专家的关注。近年来,很多学者将深度学习技术用于HAR的研究中。然而,现有的基于深度学习技术的HAR模型往往复杂度较高,算力需求大,并且泛化性和鲁棒性较差。为了解决上述问题,本研究综合运用深度学习、度量学习和集成学习等技术,从模型轻量化、优化损失函数和调整学习器策略三个角度入手,针对基于智能手机内置IMU传感器的HAR方法进行研究,旨在降低HAR模型的复杂度和运算成本,同时提高模型的识别性能和分布外泛化性能。首先,针对常用的基于IMU传感器的HAR算法模型复杂度较高的问题,提出了一种基于残差多层感知机(Residual Multi-Layer Perceptron,Res-MLP)和高斯线性误差单元激活函数的轻量化HAR算法。通过在公开数据集UCI HAR上进行实验验证,发现该算法不仅具有更佳的性能表现,而且具有更低的复杂度。此外,为了验证该算法的泛化能力,对数据集进行重新划分,制作了四个分布外(Out of Distribution,OOD)数据集,并对其进行了测试。其次,为了提高Res-MLP算法的分布外泛化能力,提出了一种名为RMDML的HAR方法,该方法结合了Res-MLP和深度度量学习的特征嵌入技术,旨在提取具有可分离性与可判别性的泛化特征,从而提高HAR的分布外泛化能力。该方法以Res-MLP网络作为特征提取的骨干网络,并且将两种对比损失和Softmax损失结合起来,提出了一种面向可判别特征嵌入的混合度量损失函数,以确保特征空间中类别内距离紧凑、类别间距离可分离。在四个OOD数据集上的实验证明了RMDML-HAR方法有效地提高了Res-MLP模型的分布外泛化性能和分类准确率。最后,为了进一步提高模型的识别性能和泛化性能,在RMDML-HAR方法的基础上,引入了堆叠集成算法,提出了基于Res-MLP与深度度量集成学习的HAR算法,即RMDMELHAR。该方法以RMDML为基分类器,以支持向量机作为集成决策模型,在保证了识别性能和泛化能力提升的同时,还维持了方法的低复杂度。实验在四个OOD数据集上进行,与使用单分类器方法的性能进行了对比,验证了所提出RMDMEL-HAR方法的识别性能和泛化性能得到了进一步提升。

关键词：人体行为识别多层感知机残差网络度量学习集成学习 UCI HAR数据集

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基于WDO-LSSVM的MEMS陀螺仪零偏温度补偿

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中国惯性技术学报 2023年第7期31卷 688-695页

作者：刘宇林非凡陈燕苹彭慧韩亮汪立新重庆邮电大学自主导航与微系统重庆市重点实验室重庆400065 重庆邮电大学智能传感技术与微系统重庆市高校工程研究中心重庆400065 火箭军工程大学导弹工程学院西安710025

微机电系统(MEMS)陀螺仪的零位偏移是影响惯性导航定位精度的主要原因之一。针对MEMS陀螺仪零位随温度变化的非线性偏移问题,提出一种基于风驱动优化-最小二乘支持向量机(WDO-LSSVM)的MEMS陀螺仪零偏温度补偿模型。通过小波变换对MEMS... 详细信息

微机电系统(MEMS)陀螺仪的零位偏移是影响惯性导航定位精度的主要原因之一。针对MEMS陀螺仪零位随温度变化的非线性偏移问题,提出一种基于风驱动优化-最小二乘支持向量机(WDO-LSSVM)的MEMS陀螺仪零偏温度补偿模型。通过小波变换对MEMS陀螺仪三轴输出数据进行滤波预处理,结合最小二乘支持向量机(LSSVM)和风驱动优化(WDO)算法,构建MEMS陀螺仪的零偏温度补偿模型。实验结果表明:与传统的反向传播神经网络(BP)模型、粒子群优化-最小二乘支持向量机(PSO-LSSVM)模型相比,所提模型的陀螺仪零偏均方根误差和平均绝对误差均减小了约50%,实现了具有良好普适性的MEMS陀螺仪零偏温度补偿,进而可以提高惯性导航系统的定位精度。

关键词： MEMS陀螺仪风驱动优化算法最小二乘支持向量机温度补偿

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基于多羧酸配体的配位聚合物的合成、结构及性能研究

基于多羧酸配体的配位聚合物的合成、结构及性能研究

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作者：刘成南京邮电大学

学位级别：硕士

金属离子或金属簇与有机配体通过配位键形成网络结构的化合物被称为配位聚合物（Coordination Polymers,CPs）,这些化合物具有多样化的结构和性能。随着科学技术的不断发展,越来越多的研究表明,配位聚合物在化学传感、荧光检测等领域具... 详细信息

金属离子或金属簇与有机配体通过配位键形成网络结构的化合物被称为配位聚合物（Coordination Polymers,CPs）,这些化合物具有多样化的结构和性能。随着科学技术的不断发展,越来越多的研究表明,配位聚合物在化学传感、荧光检测等领域具有广泛的应用前景。本文主要介绍了配位聚合物在化学传感、荧光检测方面的研究进展,包括其原理、设计和实现方法,以及未来的发展方向和挑战。本论文所使用的有机配体为[1,1':4'1''-三联苯]-2,4,4''5-四羧酸（H4L1）和咔唑-2,7-二羧酸（H2L2）,通过溶剂热法与金属离子进行配位自组装,合成两种新型配位聚合物材料并成功复现一种已发表文章的配位聚合物材料。通过使用相关分析测试仪器,得到其基本结构与性质,并根据其表现出的光致发光特性,探索了其在传感领域的性能,展现出配位聚合物在离子、抗生素以及小分子化合物传感检测的应用。本论文的主要研究成果主要分为以下三个方面:1.通过溶剂热法,以[1,1':4'1''-三联苯]-2,4,4'',5-四羧酸（H4L1）作为有机配体与过渡元素Cd2+金属盐进行反应,制备了一种三维配位聚合物Cd L1·2DMF（1）。1的空间群为C2/c,在配合物1中,来自四个不同配体中的四个羧基的氧原子与Cd2+形成八配位,并通过配体的多元苯环在空间中形成三维结构。粉末衍射实验结果显示,配合物1与模拟图谱高度匹配,材料相纯度良好。光致发光实验表明,配合物1发射蓝紫光,进一步的光致发光实验表明,配合物1可用于检测水溶液中的Fe3+,并且当离子浓度在0-100μM之间时其荧光猝灭常数Ksv为6.8×10～4 M-1。此传感材料具有良好的可重复使用性和强的抗干扰性。最后,通过紫外吸收实验得到了配合物1对Fe3+的传感机理。2.通过溶剂热法,以咔唑-2,7-二羧酸（H2L2）作为有机配体与过渡元素Cd2+金属盐进行反应,制备了一种具有二维延展结构的CP材料Cd L2·H2O（2）,2在单斜晶系空间群P2/c中结晶。一个有机配体L22-、两个Cd2+离子与和两个配位水分子构成2的基本不对称单元结构。L22-配体上的每个羧酸基团与两个Cd2+离子连接,从而桥接四个Cd原子。羧酸根和Cd2+离子之间形成一系列沿c轴延伸的平行Cd-O-C链。L22-配体中的咔唑部分将这些Cd-O-C链连接在一起,在ac晶面上形成2D配位网络,进一步沿着b轴堆叠以构建晶体结构。通过粉末衍射实验,配合物2具有高度的稳定性,且能够在60天的水溶液浸泡下保持良好的骨架结构,荧光传感实验表明,配合物2对水中的氨曲南（ATM）具有强的荧光猝灭响应,Ksv值为1.12×10～4 M-1（R2=0.99914）,并开展了一个为期60天对于ATM可持续的监测实验,并通过理论计算以及荧光寿命测试探究2对ATM的选择性传感机理。3.通过溶剂热法,将咔唑-2,7-二羧酸（H2L2）配体与金属Eu3+反应,通过实验复现出一个已经报道过的配位聚合物[Eu3L23（CH3COO）2（H2O）2（m3-OH）]×3DMF（3）,通过单晶X射线衍射、粉末X射线衍射、热重分析以及荧光分析实验验证所复现合成材料的准确性,并进一步研究其潜在的传感性能,通过荧光传感实验,3能够在0-50μM浓度范围内实现对于槲皮素（QC）的快速检测,并具有高选择性和灵敏度,其Ksv为7.5×10～4 M-1（R2=0.99137）,检测限为1.2×10-7 M,并实现QC的快速检测,且具有良好的抗干扰能力和可循环使用的能力,并通过紫外吸收实验来探究QC对于3的荧光猝灭主要机理。

关键词：配位聚合物 [1,1':4',1''-三联苯]-2',4,4'',5'-四羧酸 9H-咔唑-2,7-二羧酸晶体结构化学传感

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