納米聚合物單纖維傳感器研究.pdf

1、微納尺度傳感器在器件體積、功耗、靈敏度、重復性、成本、生產控制等方面較傳統傳感器都有較大的優(yōu)勢，納米技術和MEMS傳感器兩種技術的結合使傳感器進一步朝集成化、智能化發(fā)展，大幅提升了傳感靈敏度、選擇性和可靠性。目前基于微納結構的傳感器己逐漸成為物理、化學、生物領域眾多傳感器采用的一種重要結構形式。微納纖維型傳感器作為微納傳感器的一重要組成部分，由于其便于制備控制，便于定量分析，適于和微納結構結合而獲得了廣泛的關注。本文對聚合物納米纖維的制

2、備、合成、壓電特性、氣敏特性和氣敏機理等有關問題進行了較為系統的研究。主要研究內容如下：
　　 在現有靜電紡絲基礎上，使用近場電紡技術制備了外形、結構可控的聚合物單根納米纖維/纖維陣列，為深入分析纖維壓電、氣敏機理提供了可能，通過控制電紡過程的工藝參數對纖維形態(tài)進行控制，探討了不同材料、不同條件參數對近場電紡過程和結果的影響。
　　 制備了聚偏氟乙烯纖維，進行了可紡性研究和配比優(yōu)化。在電紡過程中直接利用了高電場和大拉伸比

3、，有效地提高了纖維中B相比例，從而使制備的纖維具有比傳統壓電薄膜更高的壓電系數和單位電荷輸出效應。設計了專用電荷放大器，可對微小電荷量進行引出。經測試該壓電纖維具有良好的機-電轉化特性，轉化效率高于傳統聚偏氟乙烯膜，在壓力傳感、人工觸覺，微納發(fā)電等領域都具有良好的應用前景。
　　 研究單根導電聚合物纖維的電特性，測試了纖維與不同電極材料的接觸特性，對肖特基接觸的產生條件進行了研究。應用MEMS技術研制了單纖維場效應特性測試平臺，

4、實驗數據說明聚苯胺纖維具備場效應，在柔性電路，有機半導體等方面有著良好的應用。實驗說明質子酸摻雜的聚苯胺纖維具有優(yōu)越的場效應性能和氨氣氣敏特性，可有效利用場效應結構控制纖維內部載流子活動，提升其氣敏性能，可有效檢測低至1ppm濃度的氨氣。
　　 以氣敏選擇性高、靈敏度高為目標，使用納米鈀顆粒材料對導電聚合物纖維進行了摻雜，制備獲得功能材料顆粒-導電聚合物的混合纖維，對氫氣具有高靈敏響應，為制備陣列型多目標氣體傳感器提供了良好平臺

5、。納米纖維設計發(fā)揮了納米材料比表面積大，靈敏度高的優(yōu)勢，同時結構穩(wěn)定，對1％濃度氫氣響應靈敏度為1.07。提出了柔性串珠納米鈀微粒結構單根纖維模型。柔性導電纖維材料連結鈀粒子，避免了鈀功能粒子因吸氫作用體積膨脹造成的傳感器重復測試失效等問題，又突破了目前離散鈀粒子氫氣測量范圍有限的局限，有效氫氣濃度測量范圍從傳統的4％左右擴展超過10％。
　　 通過控制電紡參數對制備得纖維直徑進行了有效控制，通過實驗驗證了纖維直徑對氣敏響應靈敏