中文摘要：

申请者已制备出对TNT炸药高度敏感的PPEs类聚合物，并利用聚合物的自发辐射实现了对TNT的灵敏检测。但根据麻省理工学院Swager教授的研究结果，利用聚合物的激射模检测可以大幅度提高传感器的灵敏度。本课题拟利用随机激光机制，以TiO2纳米粒子作为散射体、实现TiO2纳米粒子/聚合物PPEs复合体系的受激辐射，利用聚合物激射模实现对TNT的超灵敏检测，研制TiO2纳米粒子/聚合物PPEs复合体系TNT传感器。通过研究该体系的光谱特征与体系内纳米粒子的几何尺度、分布密度以及泵浦条件的依赖关系，揭示这种类准二维体系中Anderson局域化的转变条件和转变过程，确定体系呈现稳定频谱特性的条件。通过研究该体系与TNT分子作用时，其激射模的场、相干性等变化的动态过程，揭示不同局域模对TNT分子敏感度的差别和响应快慢等特性，探索TiO2纳米粒子/PPEs体系中的随机激光现象在TNT检测方面的应用。

结论摘要：

共轭聚合物具有强的光捕获能力、倍增的光学响应性（放大荧光信号）、及其荧光光谱对特定物质的敏感特性等，使共轭聚合物广泛应用于炸药、化学危险品的痕量检测。美国麻省理工学院Swager教授项目组发现，用DFB光栅对共轭聚合物传感材料的发射光谱进行调制，可以将荧光共轭聚合物传感器的灵敏度提高30倍，这一结果发表在2005年434期的Nature上。但是，由于聚合物的激射模分布在紫外波段，制备符合要求的DFB光栅需要用电子束曝光技术，成本太高，不适应目前对高性能爆炸物探测器“广泛的”“大量的”需求。 本项目从无序增益介质体系中发生随机激光的现象出发，以内部含有随机分布的纳米尺度散射体、并对TNT、甲基苯丙胺（冰毒）等敏感的荧光共轭聚合物复合膜作为传感材料，同时又作为随机激光的工作物质和反馈机制，实现用聚合物激射模低成本、高灵敏检测TNT、甲基苯丙胺等危险、违禁化学品。设计并制备了PPEs/ 纳米TiO2复合传感结构，发现该复合体系内形成的激基复合物的光解离使体系产生特殊的荧光增强现象，并能有效提升对TNT的淬灭速度；创制了基于随机激光行为的荧光聚合物化学传感器，制备了TPA-PPV/TiO2、PFO/PdTPP/TiO2、以及ZnO纳米棒/聚合物等复合结构薄膜，其激射模分别对TNT炸药及胺类（冰毒）表现出极高灵敏度，并采用有机半导体的四能级理论进行建模与分析，模拟结果与实验十分吻合。这种基于随机激光的荧光聚合物化学传感器制备简单，成本低廉，并利用了受激辐射的高强度、单色性、阈值特性，有效提高了传感器的灵敏度、选择性、响应速度和强抗干扰能力。本项目的研究成果已成功应用于SIM系列荧光传感式痕量炸药探测仪，并实现批量化生产，产品通过国家安全防范报警系统产品质量监督检验中心测试，检测下限达到0.1ppt，广泛应用于中共中央警卫局、公安、交通、金融等重要部门，为社会安全做出重要贡献。 本项目研究成果在ACS Nano，Chem. Commun.等国际著名期刊上发表SCI论文7篇，获授权中国发明专利1项，获上海市科技进步二等奖1项、中国科学院院长特别奖1项、中科院优秀导师奖1项。