瓦斯敏感聚苯胺-納米氧化物復(fù)合薄膜的制備.pdf

1、近年來，由于瓦斯爆炸而造成的重特大礦難事故在我國頻頻發(fā)生，因此，發(fā)展一種應(yīng)用于煤礦瓦斯探測的傳感器就顯得極為迫切。氣敏材料是氣體傳感器的核心，與傳統(tǒng)的無機(jī)半導(dǎo)體材料相比，高分子氣敏材料具有價廉易得、制備簡單的優(yōu)點(diǎn)，最重要的是它可以在室溫下使用，這對于解決無機(jī)材料瓦斯探測器由于工作溫度高而存在安全隱患的問題提供了重要的思路。而如今，氣敏材料正在由單一材料向復(fù)合材料發(fā)展，有機(jī)聚合物/無機(jī)納米復(fù)合材料綜合了聚合物和無機(jī)納米材料的各自優(yōu)點(diǎn)，在氣

2、敏特性方面擁有許多優(yōu)異的性能。聚苯胺與納米粒子復(fù)合的復(fù)合材料能發(fā)揮納米粒子自身的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和量子效應(yīng)，而且兼有高分子材料本身的優(yōu)點(diǎn)，在光、電、磁、敏感等方面呈現(xiàn)出常規(guī)材料不具備的特性，故而得到廣泛的研究。本文率先采用聚苯胺與無機(jī)納米粒子的復(fù)合材料作為瓦斯氣敏材料，主要研究了以下幾個部分：
　　(1)采用靜電力自組裝和化學(xué)氧化聚合相結(jié)合的方法，以苯胺為單體，過硫酸銨為氧化劑，在酸性介質(zhì)中分別制備了PANI/In2O3復(fù)合薄

3、膜，對其進(jìn)行了表征分析。光譜分析表明，PANI和In2O3在形成納米復(fù)合材料時二者之間存在一定的相互作用；形貌分析發(fā)現(xiàn)，PANI/In2O3納米復(fù)合材料呈典型的核－殼結(jié)構(gòu)，薄膜表面呈網(wǎng)狀多孔結(jié)構(gòu)。采用石英晶體微天平（QCM）器件制備了PANI/In2O3復(fù)合薄膜QCM傳感器，并測試了其對CH4、CO和NH3的氣敏特性。結(jié)果表明，PANI/In2O3復(fù)合薄膜傳感器對CH4和CO呈現(xiàn)出比較好的線性敏感特性，而對NH3則為非線性；通過對比發(fā)現(xiàn)

4、，傳感器對CH4的響應(yīng)度明顯大于CO。接著研究了測試溫度對PANI/In2O3復(fù)合薄膜傳感器的甲烷（500ppm）敏感特性的影響，發(fā)現(xiàn)傳感器的振動頻率隨著溫度的升高而上升；同時還發(fā)現(xiàn)，在室溫（27℃）下傳感器響應(yīng)值最大，而當(dāng)溫度過高時，傳感器響應(yīng)值減小。
　　(2)選用另外一種常見的無機(jī)半導(dǎo)體PdO納米顆粒作為摻雜劑，相同的實(shí)驗(yàn)條件下制備了PANI/PdO復(fù)合薄膜 QCM傳感器，通過對薄膜表征分析和氣敏特性的研究發(fā)現(xiàn)，由于PANI

5、/PdO復(fù)合薄膜表面的孔洞很小，PANI鏈更加致密，其對甲烷雖然具有一定的氣敏特性，但響應(yīng)度小于PANI/In2O3復(fù)合薄膜QCM傳感器，且呈非線性，而PANI/PdO傳感器在高溫下（50℃）對甲烷的敏感特性則表現(xiàn)的更差。
　　(3)用聲表面波（SAW）器件，采用旋涂法分別制備了PANI/In2O3復(fù)合薄膜SAW傳感器和PANI/PdO復(fù)合薄膜SAW傳感器，測試了兩種傳感器對濃度為0.3％的甲烷的靈敏特性，對比兩種傳感器發(fā)現(xiàn)，PA