靜電紡取向納米纖維紗線(xiàn)在氣敏傳感器中的應(yīng)用與研究.pdf_第1頁(yè)
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1、氣敏傳感器是可以檢測(cè)空氣中不同氣體尤其是對(duì)人體或動(dòng)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(huì)增強(qiáng)氣敏材料對(duì)氣體的靈敏度。隨著科技進(jìn)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(kāi)始應(yīng)用于氣敏材料。其中,靜電紡是制備納米材料最簡(jiǎn)易和有效的方法。但是,大部分納米材料是隨機(jī)排列的,限制了其在氣敏傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用。本文通過(guò)一種新型的納米纖維紗線(xiàn)機(jī),制備納米纖維紗

2、線(xiàn),并將納米纖維紗線(xiàn)作為載體,在其表面合成導(dǎo)電聚合物,或?qū){米纖維紗線(xiàn)本身進(jìn)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(xiàn)并測(cè)試其氨敏性能,對(duì)納米纖維紗線(xiàn)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(jìn)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(xiàn),再通過(guò)原位聚合的方法分別在PAN納米纖維紗線(xiàn)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(xiàn)。通過(guò)SEM、FETEM、TEM、FTIR對(duì)制備的PAN/PPy同軸納米纖維紗線(xiàn)的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、組分進(jìn)行表征,并進(jìn)行導(dǎo)電性能和力學(xué)性能測(cè)試。確定通過(guò)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(xiàn)為芯層和以PPy或PANI為芯層)的復(fù)合納米纖維紗線(xiàn)PAN/PPy和PAN/PANI,且明顯提高了PAN納米纖維紗線(xiàn)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(xiàn)固定在叉指電極上制成氣敏元件,并對(duì)其氨氣傳感性能進(jìn)行測(cè)試。PAN/PPy同軸納米纖維紗線(xiàn)傳感器對(duì)250-2000ppm的氨氣具有快速的響應(yīng)和恢復(fù),響應(yīng)時(shí)間僅為1s,且具有良好的可逆性、重復(fù)性和選擇性。并通過(guò)采用物質(zhì)的量的摻雜酸(TSA)制備聚吡咯,通過(guò)氣敏測(cè)試表明當(dāng)TSA物質(zhì)的量為2mmol時(shí),靈敏度最高,對(duì)2000ppm的NH3響應(yīng)值達(dá)到2.5。
  然后,將合成的PAN/PANI復(fù)合納米纖維紗線(xiàn)制成氣

5、敏元件,并對(duì)其進(jìn)行氨敏性能測(cè)試。測(cè)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(guò)在50ppm的氨氣氣氛中重復(fù)測(cè)試5次,表明PAN/PANI對(duì)氨氣的響應(yīng)具有良好的重復(fù)性和可逆性,且通過(guò)在相同濃度(1000ppm)的氨氣、二氯甲烷、乙醇和丙酮中的靈敏度測(cè)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(shuō)明其對(duì)氨氣具有良好的氣敏選擇性。對(duì)于不同的有機(jī)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(duì)PAN納米纖維紗線(xiàn)進(jìn)行改性,制備PAN/SWCNTs復(fù)合納米纖維紗線(xiàn)。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(xiàn)多晶衍射儀分別對(duì)復(fù)合納米纖維紗線(xiàn)進(jìn)行了形貌表征、成分分析、結(jié)晶結(jié)構(gòu)分析,并測(cè)試了不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)SWCNTs對(duì)復(fù)合納米纖維紗線(xiàn)力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明,當(dāng)碳納米管質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5wt%,復(fù)合紗線(xiàn)取向良好、

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