具有分子識(shí)別能力的氣敏導(dǎo)電復(fù)合材料.pdf

1、具有氣敏功能的填充型聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料的研究與開發(fā)由于具有廣闊的應(yīng)用前景和重要的理論研究意義而越來越受到人們的廣泛關(guān)注。由于組成復(fù)合材料基體結(jié)構(gòu)和種類的多樣性，不同的復(fù)合材料在不同的溶劑蒸汽中會(huì)有不同的氣敏響應(yīng)行為，因此在一定條件下可以定性甚至定量鑒別某種溶劑蒸汽。然而，由炭黑填充單一聚合物基組成的復(fù)合材料并不具有分子識(shí)別能力，在一定程度上又限制了氣敏復(fù)合材料的應(yīng)用。 環(huán)糊精具有“內(nèi)疏水，外親水”的獨(dú)特結(jié)構(gòu)特征，它的疏水空腔可

2、以選擇結(jié)合大小、形狀及結(jié)構(gòu)合適的分子或離子，是一種很好的分子識(shí)別主體材料。我們根據(jù)這一特性在聚合物體系中引入具有分子識(shí)別能力的環(huán)糊精單元，利用環(huán)糊精空腔的獨(dú)特的分子識(shí)別能力，制備了一系列具有分子識(shí)別能力的氣敏導(dǎo)電復(fù)合材料。通過研究CB/共聚物復(fù)合材料在多種不同溶劑蒸汽壓中的響應(yīng)規(guī)律，探討不同溶劑蒸汽的分子尺寸與復(fù)合材料響應(yīng)程度之間的關(guān)系，從而揭示氣敏導(dǎo)電復(fù)合材料的分子識(shí)別機(jī)理。研究結(jié)果表明： 1．炭黑填充環(huán)糊精嵌段共聚物復(fù)合材料

3、對(duì)不同的溶劑蒸汽有不同的氣敏響應(yīng)。復(fù)合材料的氣敏響應(yīng)度與溶劑蒸汽的分子尺寸與介電常數(shù)有關(guān)，只有當(dāng)溶劑蒸汽分子的介電常數(shù)較低且具有和環(huán)糊精空腔相匹配的尺寸時(shí)，溶劑蒸汽分子才可以進(jìn)入環(huán)糊精的空腔中。復(fù)合材料的氣敏響應(yīng)度隨溶劑蒸汽分子的尺寸增大而減小。相對(duì)于同一種溶劑蒸汽而言，復(fù)合材料的氣敏響應(yīng)度與共聚物基體中環(huán)糊精的空腔大小有關(guān)，環(huán)糊精空腔尺寸越大，復(fù)合材料的氣敏響應(yīng)度也越大。 2．利用CB/CDs-b-PPG復(fù)合材料中環(huán)糊精組分的

4、不同的空腔尺寸，通過三種復(fù)合材料對(duì)溶劑蒸汽中的最大氣敏響應(yīng)度的測(cè)試，可以定性判斷所檢測(cè)的溶劑蒸汽的種類和尺寸。 3．通過NMR及吸附動(dòng)力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)合材料的氣敏響應(yīng)取決于溶劑蒸汽分子在環(huán)糊精空腔中的吸附，當(dāng)溶劑蒸汽分子進(jìn)入環(huán)糊精空腔后會(huì)導(dǎo)致空腔結(jié)構(gòu)的變化，從而破壞由炭黑粒子組成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，復(fù)合材料的電阻增大。 4．CB/β-CD-b-PBS復(fù)合材料的氣敏響應(yīng)速度與聚合物基體中結(jié)晶組分的含量有關(guān)，在低于聚合物的熔融溫度且溶劑蒸汽

5、壓很低時(shí)，復(fù)合材料的氣敏響應(yīng)速度和吸附速度基本一致：當(dāng)溶劑蒸汽壓增高時(shí)，結(jié)晶區(qū)域的溶解會(huì)對(duì)復(fù)合材料的氣敏響應(yīng)速度產(chǎn)生很大影響，復(fù)合材料的氣敏響應(yīng)速度隨著結(jié)晶組分的減少而增大。另一方面，溶劑蒸汽壓以及環(huán)境溫度都會(huì)對(duì)復(fù)合材料的氣敏響應(yīng)行為產(chǎn)生影響。 5．在溫度對(duì)復(fù)合材料氣敏響應(yīng)行為影響的研究中，溫度的升高會(huì)同時(shí)增加復(fù)合材料在溶劑蒸汽中的氣敏響應(yīng)速率和吸附速率。當(dāng)環(huán)境溫度低于β-CD-b-PBS共聚物的熔融溫度時(shí)，復(fù)合材料的吸附速率和

6、響應(yīng)速率與溫度的關(guān)系符合Arrhenius方程：當(dāng)環(huán)境溫度高于β-CD-b-PBS共聚物的熔融溫度時(shí)，無論是復(fù)合材料的氣敏響應(yīng)速率或吸附速率都會(huì)出現(xiàn)一個(gè)突增，這與β-CD-b-PBS共聚物基體中的結(jié)晶組分熔融有關(guān)，Arrhenius方程不再適用于該溫度下活化能的計(jì)算。 6．復(fù)合材料對(duì)低蒸汽壓的溶劑蒸汽具有良好的氣敏響應(yīng)能力，且復(fù)合材料具有良好的回復(fù)性和氣敏響應(yīng)重復(fù)性。當(dāng)環(huán)糊精嵌段共聚物軟段為PPG或PDEA組分時(shí)，復(fù)合材料具有很