雙極性雙噴頭靜電紡絲制備氣敏材料及其敏感特性研究.pdf

1、隨著世界工業(yè)技術(shù)的發(fā)展和人們生活水平的提高，環(huán)境污染問題也日益嚴(yán)重，各種有毒、有害、易燃、易爆氣體的過量排放，威脅著我們的生存環(huán)境和身體健康。在各種氣體檢測(cè)技術(shù)中，半導(dǎo)體傳感器因其成本低、使用方便、信號(hào)采集方式簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛使用。制備響應(yīng)值高、速度快、選擇性好、穩(wěn)定性好的氣敏材料是氣體傳感器研制的關(guān)鍵，是國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。在材料制備過程中，通過選擇合適的制備方法、摻雜復(fù)合手段以及有效的催化改性技術(shù)能夠有效的控制敏感材料的結(jié)構(gòu)

2、、形貌和元素含量等因素，進(jìn)而可以改善氣敏材料的氣敏特性，為研制性能優(yōu)異的氣體傳感器提供基礎(chǔ)。
　　本文從低維納米材料的制備及改性出發(fā)，設(shè)計(jì)開發(fā)了雙極性雙噴頭靜電紡絲裝置，解決了單極性噴頭同性相斥不能獲得交織的異質(zhì)材料的問題。制備了SnO2/In2O3交織網(wǎng)狀復(fù)合納米纖維，并研究了影響靜電紡絲纖維形貌結(jié)構(gòu)的相關(guān)因素（包括有機(jī)溶液的種類、溶液濃度，紡絲電壓、噴頭間距離，周圍環(huán)境等）。結(jié)合材料的各種表征手段，對(duì)雙極性雙噴頭靜電紡絲制備的

3、SnO2/In2O3復(fù)合纖維的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了表征分析。制成并測(cè)試了SnO2/In2O3復(fù)合纖維氣敏元件。與傳統(tǒng)單極性靜電紡絲工藝制備的SnO2，In2O3氣敏元件相比，SnO2/In2O3氣敏元件對(duì)甲醛的響應(yīng)值，響應(yīng)時(shí)間等都有較大的提高。分析了SnO2/In2O3復(fù)合纖維的氣敏機(jī)理。為了深入研究雙極性雙噴頭靜電紡絲制備納米纖維的工藝過程，論文對(duì)雙極性雙噴頭靜電紡絲的工藝過程進(jìn)行了建模和仿真分析。將從異性噴絲口噴出的噴射流，離散成多個(gè)順

4、序相連的帶電粒子，并對(duì)任意正電粒子在空間電場(chǎng)中所受的來(lái)自不同電極的電場(chǎng)力、來(lái)自同性和異性電荷間的庫(kù)倫力、表面張力、黏彈力等多個(gè)外力進(jìn)行了分析。建立了帶電噴射流的運(yùn)動(dòng)軌跡模型，基于Runge-Kutta算法，分別對(duì)從雙極性噴頭噴出的噴射流的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，并采用MATLAB軟件對(duì)噴射流的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行了仿真。分析了影響雙極性靜電紡絲纖維的運(yùn)動(dòng)軌跡的相關(guān)因素。采用低溫射頻等離子體技術(shù)，以氧氣為介質(zhì)，對(duì)無(wú)機(jī)材料SnO2納米纖維、SnO2

5、/In2O3復(fù)合纖維和有機(jī)MWCNTs摻雜的PANI三種不同類型的氣敏材料進(jìn)行表面改性處理。結(jié)合各種表征手段，分析比較了O2等離子體改性前后的各敏感材料的形貌、結(jié)構(gòu)及化學(xué)劑量比，分析了O2等離子體與固體材料表面的作用機(jī)理。對(duì)改性后敏感材料氣敏特性的測(cè)試結(jié)果表明:O2等離子體的改性作用大大改善了MWCNTs摻雜的PANI室溫下對(duì)氨氣的氣敏特性;大大提高了SnO2和SnO2/In2O3敏感材料對(duì)甲醛的響應(yīng)值，降低了敏感材料的工作溫度，縮短了