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(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(jī)排列的，限制了其在氣敏傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用。本文通過一種新型的納米纖維紗線機(jī)，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(jìn)行改性再合成導(dǎo)電聚合物，制備多種復(fù)合納米纖維紗線并測試其氨敏性能，對(duì)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(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，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(duì)制備的PAN/PPy同軸納米纖維紗線的形態(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(duì)其氨氣傳感性能進(jìn)行測試。PAN/PPy同軸納米纖維紗線傳感器對(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(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)合納米纖維紗線制成氣

5、敏元件，并對(duì)其進(jìn)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(duì)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(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納米纖維紗線進(jìn)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(duì)復(fù)合納米纖維紗線進(jìn)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?jǐn)?shù)SWCNTs對(duì)復(fù)合納米纖維紗線力學(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)合紗線取向良好、