聚苯胺-锗酸锶复合薄膜氨气传感器的设计、制备及其气敏特性研究
发布时间：2021-06-16 06:19
随着空气污染程度的日益加重,人们对有毒有害气体的检测及监控越来越关注。氨气（NH3）作为一种有毒的空气污染物,当它在环境中的浓度超过一定的水平时会严重刺激人体器官从而损害人体健康。另外人体呼吸和食物腐烂过程释放氨气的浓度分别与人体健康状况和食物新鲜度相关。因此,制备出高性能的室温氨气传感器对于环境检测、疾病诊断及食品安全等领域均具有重大的实际意义。考虑到现有氨气传感器存在成本昂贵、灵敏度低和检测限高等一些不足,本文采用简便的水热法和氧化聚合法制备了锗酸锶（SrGe4O9）、聚苯胺（PANI）以及聚苯胺-锗酸锶（PANI-SrGe4O9）纳米复合材料,随后利用所合成的材料制备了复合薄膜NH3传感器,并对其气敏特性进行了研究。本论文的主要研究内容归纳如下:（1）采用水热法成功制备了SrGe4O9纳米线,合成的纳米线形貌均匀、表面光滑,长度约为几微米,直径在30-100 nm之间。通过氧化聚合法制备了PANI与PANI...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
气体传感器按工作原理分类
灞憧梢岳?谜庖恍灾适迪治?接胪迅健Ｄ壳?合成的高分子导电聚合物众多，在气体传感器领域应用较多的主要包括PANI、聚吡咯、聚噻吩等，其中PANI由于原料廉价、合成简单、稳定性好以及独特的掺杂机制得到了广泛的研究[30]。PANI单分子链的结构如图1-2所示，其中y取决于PANI的氧化程度，导电性也随之变化。目前通常采用质子酸掺杂的方式来控制PANI的导电性，使其处于一个合适的区间，更值得一提的是，由于其单链上的氨基官能团的存在，其对NH3分子具有一定的特异性吸附能力。因此高分子导电聚合是一种优良的气敏材料。图1-1聚苯胺的分子结构在人类还没有开启微观世界的大门之前，人类对于碳材料的认知都停留在石墨和煤炭等块材阶段。1985年，美国休斯敦大学和英国萨塞克斯大学的两位教授发现了富勒烯(C60)，这激起了科学家对碳纳米材料的研究兴趣。直到2004年，来自英国曼彻斯特大学的A.K.Geim和K.S.Novoselov师生两人利用机械剥离法获得了具有单层原子厚度的二维单晶薄膜碳材料，随后并命名石墨烯[26]。随着研究的进行，科研人员发现石墨烯拥有着独特的电学光学特性，并被广泛应用气体传感器领域[27-28]。当石墨烯与气体分子接触时，其二维晶格的碳原子会失去或得到电子，这会导致石墨烯的导电性发生变化。另外，由于其具有单层碳原子层的特殊结构，使得它具有极大的比表面积以及显著的表面效应，具有足够的化学活性和气体吸
积过程进行分子级的控制，实现多组分的穿插，有利于薄膜的功能化；同时，这种强烈的相互作用力也使不同材料之间的结合更加紧密，薄膜结构更加稳定[53-55]。另外，相比于其他的薄膜制备方式，该项技术具有操作简单、成本低、成膜均匀等优势。本文中所用到的静电力自组装的具体过程是：首先对衬底表面进行紫外氧等离子体处理，使得衬底表面引入极性基团并增强其亲水性。随后再利用带正电的聚阳离子Polydialyldimethyldiammoniumchloride(PDDA)与带负电的聚阴离子Polysodium-pstyrenesulfonate(PSS)对基片进行预处理，过程如图2-1所示。PDDA首先在基底表面通过其粘附性吸附生成一层薄膜，然后通过静电力层层自组装生长上PSS，最后将处理好的基片浸入到苯胺单体溶液中聚合生长PANI链。图2-1静电力自组装PANI薄膜流程图2.2敏感元器件结构设计和制备工艺各种类型的气敏传感器有着不同的工作原理和结构，相应也有各自的优势和不足。本文中所选用的器件形式主要是叉指电极式，主要是因为其具有可成批量制
【参考文献】：
期刊论文
[1]PM2.5暴露对心血管疾病影响的研究进展[J]. 钱吉琛,裴颖皓,曹玙,王醒. 医学综述. 2019(19)
[2]X射线光电子能谱[J]. 郭沁林. 物理. 2007(05)
[3]X射线衍射技术的发展和应用[J]. 杨新萍. 山西师范大学学报(自然科学版). 2007(01)
[4]电阻式半导体气体传感器[J]. 张强,管自生. 仪表技术与传感器. 2006(07)
[5]现代扫描电镜的发展及其在材料科学中的应用[J]. 吴立新,陈方玉. 武钢技术. 2005(06)
[6]畜禽生产中氨的危害及防治措施[J]. 彭焕伟,沈亚欧. 饲料工业. 2005(13)
[7]X射线衍射分析的实验方法及其应用[J]. 胡林彦,张庆军,沈毅. 河北理工学院学报. 2004(03)
[8]电化学式气体传感器的研究进展[J]. 陈长伦,何建波,刘伟,刘锦淮. 传感器世界. 2004(04)
[9]纳米材料的透射电镜表征[J]. 方克明,邹兴,苏继灵. 现代科学仪器. 2003(02)
[10]二苯胺型重氮盐的光、热分解及其树脂的复合物和自组装研究[J]. 陈金玉. 感光科学与光化学. 2001(04)
博士论文
[1]聚苯胺纳米复合氨气敏感薄膜制备及特性研究[D]. 刘春华.电子科技大学 2019
[2]石墨烯基纳米复合薄膜的设计、制备及气敏特性研究[D]. 叶宗标.电子科技大学 2018
[3]导电聚合物纳米复合薄膜的制备及其氨敏特性研究[D]. 太惠玲.电子科技大学 2008
硕士论文
[1]柔性氨气传感器设计、制备及其敏感特性研究[D]. 何载舟.电子科技大学 2019
本文编号：3232543
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
气体传感器按工作原理分类
灞憧梢岳?谜庖恍灾适迪治?接胪迅健Ｄ壳?合成的高分子导电聚合物众多，在气体传感器领域应用较多的主要包括PANI、聚吡咯、聚噻吩等，其中PANI由于原料廉价、合成简单、稳定性好以及独特的掺杂机制得到了广泛的研究[30]。PANI单分子链的结构如图1-2所示，其中y取决于PANI的氧化程度，导电性也随之变化。目前通常采用质子酸掺杂的方式来控制PANI的导电性，使其处于一个合适的区间，更值得一提的是，由于其单链上的氨基官能团的存在，其对NH3分子具有一定的特异性吸附能力。因此高分子导电聚合是一种优良的气敏材料。图1-1聚苯胺的分子结构在人类还没有开启微观世界的大门之前，人类对于碳材料的认知都停留在石墨和煤炭等块材阶段。1985年，美国休斯敦大学和英国萨塞克斯大学的两位教授发现了富勒烯(C60)，这激起了科学家对碳纳米材料的研究兴趣。直到2004年，来自英国曼彻斯特大学的A.K.Geim和K.S.Novoselov师生两人利用机械剥离法获得了具有单层原子厚度的二维单晶薄膜碳材料，随后并命名石墨烯[26]。随着研究的进行，科研人员发现石墨烯拥有着独特的电学光学特性，并被广泛应用气体传感器领域[27-28]。当石墨烯与气体分子接触时，其二维晶格的碳原子会失去或得到电子，这会导致石墨烯的导电性发生变化。另外，由于其具有单层碳原子层的特殊结构，使得它具有极大的比表面积以及显著的表面效应，具有足够的化学活性和气体吸
积过程进行分子级的控制，实现多组分的穿插，有利于薄膜的功能化；同时，这种强烈的相互作用力也使不同材料之间的结合更加紧密，薄膜结构更加稳定[53-55]。另外，相比于其他的薄膜制备方式，该项技术具有操作简单、成本低、成膜均匀等优势。本文中所用到的静电力自组装的具体过程是：首先对衬底表面进行紫外氧等离子体处理，使得衬底表面引入极性基团并增强其亲水性。随后再利用带正电的聚阳离子Polydialyldimethyldiammoniumchloride(PDDA)与带负电的聚阴离子Polysodium-pstyrenesulfonate(PSS)对基片进行预处理，过程如图2-1所示。PDDA首先在基底表面通过其粘附性吸附生成一层薄膜，然后通过静电力层层自组装生长上PSS，最后将处理好的基片浸入到苯胺单体溶液中聚合生长PANI链。图2-1静电力自组装PANI薄膜流程图2.2敏感元器件结构设计和制备工艺各种类型的气敏传感器有着不同的工作原理和结构，相应也有各自的优势和不足。本文中所选用的器件形式主要是叉指电极式，主要是因为其具有可成批量制
【参考文献】：
期刊论文
[1]PM2.5暴露对心血管疾病影响的研究进展[J]. 钱吉琛,裴颖皓,曹玙,王醒. 医学综述. 2019(19)
[2]X射线光电子能谱[J]. 郭沁林. 物理. 2007(05)
[3]X射线衍射技术的发展和应用[J]. 杨新萍. 山西师范大学学报(自然科学版). 2007(01)
[4]电阻式半导体气体传感器[J]. 张强,管自生. 仪表技术与传感器. 2006(07)
[5]现代扫描电镜的发展及其在材料科学中的应用[J]. 吴立新,陈方玉. 武钢技术. 2005(06)
[6]畜禽生产中氨的危害及防治措施[J]. 彭焕伟,沈亚欧. 饲料工业. 2005(13)
[7]X射线衍射分析的实验方法及其应用[J]. 胡林彦,张庆军,沈毅. 河北理工学院学报. 2004(03)
[8]电化学式气体传感器的研究进展[J]. 陈长伦,何建波,刘伟,刘锦淮. 传感器世界. 2004(04)
[9]纳米材料的透射电镜表征[J]. 方克明,邹兴,苏继灵. 现代科学仪器. 2003(02)
[10]二苯胺型重氮盐的光、热分解及其树脂的复合物和自组装研究[J]. 陈金玉. 感光科学与光化学. 2001(04)
博士论文
[1]聚苯胺纳米复合氨气敏感薄膜制备及特性研究[D]. 刘春华.电子科技大学 2019
[2]石墨烯基纳米复合薄膜的设计、制备及气敏特性研究[D]. 叶宗标.电子科技大学 2018
[3]导电聚合物纳米复合薄膜的制备及其氨敏特性研究[D]. 太惠玲.电子科技大学 2008
硕士论文
[1]柔性氨气传感器设计、制备及其敏感特性研究[D]. 何载舟.电子科技大学 2019
本文编号：3232543
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