光致热弹光谱（LITES）技术是近年来发展迅速的一种新颖痕量气体检测技术，该技术以体积小巧、成本低廉且无波长选择性的音叉式石英晶振替代成本高、探测波段窄的光电探测器作为光电换能器，通过探测激光与目标气体相互作用后光强的变化量实现目标气体浓度的反演。LITES技术具有探测灵敏度高、响应时间短、无波长选择性等优点。本文以下水道中的硫化氢气体为测量目标，开展了基于LITES技术的痕量气体探测系统的研究。以输出波长为1.582 μm的近红外连续波分布反馈单纵模二极管激光器作为激发光源，采用激光器波长调制和二次谐波探测技术，首先研究了激光波长调制深度对LITES系统产生的信号幅度的影响，而后详细研究了气体压强及环境压强对装置性能的影响。此外，为进一步提升装置探测灵敏度，有效光程长度为14.5 m的Herriott多通池被装配在激光器和作为光电探测器的音叉式石英晶振之间，从而使传感器在积分时间为300 ms时，获得4.87×10^-7的最低探测极限，当积分时间延长至52 s时其探测灵敏度可达7.78×10^-8。在完成装置各项参数优化之后开展了下水道中硫化氢气体的实测研究，结果显示，该系统完全可满足下水道臭气监测分析等领域的应用需求。

现有光纤生化传感器只获取单点生化物质含量，难以得到其空间分布信息，而沿光纤轴向连续分布成百上千只传感器的分布式生化传感方式可实现这一目标。从准分布式光纤生化传感入手，全面综述了分布式光纤生化传感在气体传感、折射率传感以及生物化学传感方面应用的最新进展。最后对分布式光纤生化传感器的发展前景与当前挑战进行了展望。分布式光纤生化传感研究有望引领当前单点分立式光纤生化传感研究向多点连续分布式方向发展，有望成为化学、生物、医学等领域强有力的新工具。

气体传感器能够有效检测浓度低于人类嗅觉极限的有毒有害及易燃易爆等气体, 在****、环境安全、医疗诊断等领域具有重大的研究意义。其中电阻式气体传感器因其成本低廉, 普遍适用于民用气体检测而受到广泛应用。气敏材料是气体传感器的核心, 设计合成合适的气敏材料对发展高性能气体传感器至关重要。本文在简单介绍气体传感器、电阻式气体传感器以及电阻式气体传感器常用的几种传感材料的基础上, 聚焦于n型半导体SnS2气敏材料, 归纳了该材料的结构与性质, 重点阐述了提升SnS2气敏材料传感性能的方法, 包括空位工程、热激活工程、光激活工程和异质结工程, 并对SnS2气敏材料的研究趋势进行了展望。

开发一种性能优异的氨气气体传感器对人类健康和环境保护具有重要意义。利用溶胶凝胶法制备了MgFe2O4纳米材料, 并通过乙醇超声分散法与Ti3C2Tx复合, 制备了不同比例的Ti3C2Tx-MgFe2O4复合材料。随后, 采用X射线衍射、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱分析、Fourier红外光谱等方法对Ti3C2Tx-MgFe2O4复合材料的结构和形貌进行了表征, 研究了不同比例Ti3C2Tx-MgFe2O4复合材料的气敏性能。结果表明: 2.5% (质量分数) Ti3C2Tx-MgFe2O4复合材料在室温(25 ℃)对100 μL/L氨气的响应(Ra/Rg=4.7)比单一MgFe2O4纳米材料(Ra/Rg=1.3)高出3.6倍, 并且具有良好的气敏选择性和快速的响应/恢复时间(10.8 s/6.6 s)。

A new D-shaped tellurite photonic crystal fiber sensor based on the four-wave mixing (FWM) effect with the surface plasmon resonance (SPR) effect is designed and optimized. The substrate of the D-shaped photonic crystal fiber (D-PCF) is tellurite glass, and the polished surface is plated with the gold film and hydrogen gas-sensitive film. An air hole of the inner cladding, which is plated with the gold film and methane gas-sensitive film, is selected as the second sensing channel to simultaneously measure the concentration of hydrogen and methane. Based on the four-wave mixing, the wavelength shifts of the Stokes and anti-Stokes spectra resulting from the variation of the gas concentration can be used to accurately detect the concentrations of methane and hydrogen. Meanwhile, it is found that the SPR effect can increase the wavelength shifts, which means the sensitivity of methane and hydrogen augment. After parameter optimization, the maximum sensitivities of methane and hydrogen are 4.03 nm/% and -14.19 nm/%, respectively. Both the linearities are up to 99.9%. The resolution of methane is 1.25×10-2% and hydrogen is 7.14×10-3%. Moreover, the fiber length of this sensor is only 20 mm, which is conducive to the construction of a compact or ultra-compact embedded FWM fiber sensor.

工业生产生活中产生的乙醛气体需要实时高效监测, 利用水热法制备了WO3纳米片和一系列Ti3C2Tx-WO3复合材料。采用X射线衍射法、扫描电子显微镜、Fourier红外光谱、X射线能谱等对制备出的Ti3C2Tx-WO3复合材料进行了结构和形貌表征。对Ti3C2Tx-WO3复合材料进行了气敏性能研究, 并且探究了碳化钛加入量对Ti3C2Tx-WO3复合材料气敏性能的影响。结果表明: Ti3C2Tx的加入能够有效提高WO3纳米片的气敏性能。当Ti3C2Tx的加入量在7%(质量分数)时, Ti3C2Tx-WO3复合材料的最佳工作温度优化为80 ℃。7% Ti3C2Tx-WO3材料在80 ℃时对100 μL/L的乙醛气体的灵敏度达到了32.9, 最低检测限为0.1 μL/L。