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(cè)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(jià)廉易得、制備簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，最重要的是它可以在室溫下使用，這對(duì)于解決無機(jī)材料瓦斯探測(cè)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(gè)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(duì)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(shí)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(cè)試了其對(duì)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(duì)CH4和CO呈現(xiàn)出比較好的線性敏感特性，而對(duì)NH3則為非線性；通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)

4、，傳感器對(duì)CH4的響應(yīng)度明顯大于CO。接著研究了測(cè)試溫度對(duì)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(dòng)頻率隨著溫度的升高而上升；同時(shí)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(shí)，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(duì)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(duì)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(duì)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(cè)試了兩種傳感器對(duì)濃度為0.3％的甲烷的靈敏特性，對(duì)比兩種傳感器發(fā)現(xiàn)，PA