靜電紡取向納米纖維紗線在氣敏傳感器中的應(yīng)用與研究.pdf

1、氣敏傳感器是可以檢測空氣中不同氣體尤其是對人體或動物有害的有毒氣體的儀器。眾所周知，氣敏材料的表面積是影響化學(xué)氣敏傳感器靈敏度的重要因素，大的比表面積會增強氣敏材料對氣體的靈敏度。隨著科技進步，納米材料受到了前所未有的關(guān)注。由于納米材料具有很高的比表面積，現(xiàn)已開始應(yīng)用于氣敏材料。其中，靜電紡是制備納米材料最簡易和有效的方法。但是，大部分納米材料是隨機排列的，限制了其在氣敏傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用。本文通過一種新型的納米纖維紗線機，制備納米纖維紗

2、線，并將納米纖維紗線作為載體，在其表面合成導(dǎo)電聚合物，或?qū){米纖維紗線本身進行改性再合成導(dǎo)電聚合物，制備多種復(fù)合納米纖維紗線并測試其氨敏性能，對納米纖維紗線在氣敏傳感器領(lǐng)域的研究與應(yīng)用具有一定的借鑒與指導(dǎo)意義。
　　首先，采用改進的靜電紡絲裝置連續(xù)制備取向的聚丙烯腈（PAN）納米纖維紗線，再通過原位聚合的方法分別在PAN納米纖維紗線的表面合成聚吡咯（PPy）或聚苯胺（PANI）,形成取向且包覆均勻的PAN/PPy和PAN/PANI

3、同軸納米纖維紗線。通過SEM、FETEM、TEM、FTIR對制備的PAN/PPy同軸納米纖維紗線的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、組分進行表征，并進行導(dǎo)電性能和力學(xué)性能測試。確定通過原位聚合的方法，成功合成了取向良好的、具有均勻同軸結(jié)構(gòu)（以PAN納米纖維紗線為芯層和以PPy或PANI為芯層）的復(fù)合納米纖維紗線PAN/PPy和PAN/PANI，且明顯提高了PAN納米纖維紗線的力學(xué)和電學(xué)性能，為其在氣敏傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
　　其次，將取向的PA

4、N/PPy同軸納米纖維紗線固定在叉指電極上制成氣敏元件，并對其氨氣傳感性能進行測試。PAN/PPy同軸納米纖維紗線傳感器對250-2000ppm的氨氣具有快速的響應(yīng)和恢復(fù)，響應(yīng)時間僅為1s,且具有良好的可逆性、重復(fù)性和選擇性。并通過采用物質(zhì)的量的摻雜酸（TSA）制備聚吡咯，通過氣敏測試表明當TSA物質(zhì)的量為2mmol時，靈敏度最高，對2000ppm的NH3響應(yīng)值達到2.5。
　　然后，將合成的PAN/PANI復(fù)合納米纖維紗線制成氣

5、敏元件，并對其進行氨敏性能測試。測試結(jié)果表明，PAN/PANI氣敏元件在20-2000ppm的氨氣中具有快速響應(yīng)和恢復(fù)，通過在50ppm的氨氣氣氛中重復(fù)測試5次，表明PAN/PANI對氨氣的響應(yīng)具有良好的重復(fù)性和可逆性，且通過在相同濃度（1000ppm）的氨氣、二氯甲烷、乙醇和丙酮中的靈敏度測試，表明PAN/PANI在氨氣中的靈敏度明顯大于其他氣體中的靈敏度，說明其對氨氣具有良好的氣敏選擇性。對于不同的有機磺酸，由磺基水楊酸（SSA）摻

6、雜的PAN/PANI-SSA具有更高的靈敏度。
　　最后，在PAN溶液中加入不同濃度的SWCNTs，對PAN納米纖維紗線進行改性，制備PAN/SWCNTs復(fù)合納米纖維紗線。利用掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、傅里葉紅外-拉曼光譜儀和X射線多晶衍射儀分別對復(fù)合納米纖維紗線進行了形貌表征、成分分析、結(jié)晶結(jié)構(gòu)分析，并測試了不同質(zhì)量分數(shù)SWCNTs對復(fù)合納米纖維紗線力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，當碳納米管質(zhì)量分數(shù)為5wt％，復(fù)合紗線取向良好、