導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的制備及其低溫氣敏性能研究.pdf

1、氣敏材料的性能決定著氣敏元件及其氣體傳感器的性能。針對(duì)目前氣敏材料在使用過(guò)程中存在的問(wèn)題，為進(jìn)一步提高其低溫氣敏性能，結(jié)合導(dǎo)電高分子材料、石墨烯及金屬氧化物的各自特性，本文系統(tǒng)研究了導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的制備及其低溫氣敏性能。其主要內(nèi)容如下：
　　1.將具有室溫氣敏性的導(dǎo)電高分子材料與比表面積較大、電子轉(zhuǎn)移能力較強(qiáng)的石墨烯相結(jié)合，通過(guò)原位化學(xué)氧化聚合法制備出了一種二元復(fù)合氣敏材料聚噻吩/石墨烯（PTh/rGO），并對(duì)其結(jié)構(gòu)和氣敏性能

2、進(jìn)行了表征和測(cè)試分析。結(jié)果表明該復(fù)合材料在室溫下對(duì)NO2的靈敏度和選擇性均優(yōu)于單一聚噻吩。
　　2.金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏材料的缺點(diǎn)是操作溫度高（250-600℃），但其靈敏度、穩(wěn)定性和響應(yīng)恢復(fù)性能較好。為了進(jìn)一步提高導(dǎo)電高分子材料的低溫氣敏性能，將上述二元復(fù)合氣敏材料與相關(guān)金屬氧化物相結(jié)合，研究合成出了兩種三元導(dǎo)電高分子復(fù)合材料：聚噻吩/石墨烯/WO3（PTh/rGO/WO3）和聚吡咯/石墨烯/In2O3（PPy/rGO/In2O

3、3）。研究過(guò)程中，首先利用水熱法合成出了兩種二元材料rGO/WO3和 rGO/In2O3，進(jìn)而采用化學(xué)氧化聚合法分別制備出了PTh/rGO/WO3和PPy/rGO/In2O3兩種三元復(fù)合材料，并采用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡、透射電鏡、比表面積分析儀、紅外光譜儀、X射線衍射儀等手段對(duì)其結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了表征，同時(shí)，還利用氣敏測(cè)試設(shè)備對(duì)其低溫氣敏性能進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明工作溫度在75℃或室溫下，其靈敏度、選擇性和響應(yīng)恢復(fù)性能均優(yōu)于二元復(fù)合材料。

4、　　3.為了提高三元復(fù)合材料的穩(wěn)定性，本文在含有還原態(tài)金屬氧化物TiO2和氧化石墨烯（GO）之間引入酰胺鍵，合成出TiO2/GO后，再利用化學(xué)氧化聚合法將TiO2/GO與導(dǎo)電高分子材料聚苯胺（PANI）進(jìn)行結(jié)合，從而成功合成出了三元復(fù)合材料PANI/TiO2/GO，通過(guò)相關(guān)表征和測(cè)試手段，不僅說(shuō)明三元復(fù)合材料中存在酰胺鍵，進(jìn)一步提高了材料的穩(wěn)定性，而且，室溫下對(duì)NH3的靈敏度、選擇性及其元件的恢復(fù)性能均有所提高，是一種較佳的導(dǎo)電高分子三

5、元復(fù)合氣敏材料。
　　4.本文還探討了導(dǎo)電高分子材料與金屬氧化物半導(dǎo)體材料復(fù)合后在紫外光激發(fā)下的低溫氣敏性能，首先分別合成出了兩種中間體Zn5(CO3)2(OH)6納米片和ZnO2，然后通過(guò)在400℃下煅燒分別得到ZnO納米片和富含氧空位缺陷的ZnO，再利用化學(xué)氧化聚合法分別與PANI和PTh結(jié)合，最后得到兩種導(dǎo)電高分子與金屬氧化物結(jié)合的二元復(fù)合材料PANI/ZnO和PTh/ZnO，同時(shí)對(duì)所制備的二種二元復(fù)合材料分別進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征

6、和氣敏性能測(cè)試。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在紫外光激發(fā)下，兩種材料對(duì)乙醇?xì)怏w均具有較好的靈敏度和響應(yīng)與恢復(fù)性能，且穩(wěn)定性較好。在無(wú)紫外光照射時(shí)，二者對(duì)乙醇均沒(méi)有氣敏性，原因在于在紫外光照射下，有機(jī)與無(wú)機(jī)材料之間存在著電荷轉(zhuǎn)移的協(xié)同效應(yīng)。
　　5.本文還對(duì)所合成復(fù)合材料的氣敏機(jī)理進(jìn)行了分析。導(dǎo)電高分子材料（PANI、PTh、PPy）具有室溫氣敏性能，可降低氣敏材料的操作溫度；金屬氧化物半導(dǎo)體材料的穩(wěn)定性好、靈敏度高、響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間短；石墨烯具有較大的