导电聚合物聚苯胺、聚吡咯的气敏性能和机制研究

发布时间：2017-10-16 23:39

  本文关键词：导电聚合物聚苯胺、聚吡咯的气敏性能和机制研究

  更多相关文章： 聚苯胺 氧化锡 聚吡咯 传感器 p-n异质结

【摘要】：随着工业现代化的加速发展,工业原料造成的污染尤其是有害气体给工业生产带来了困扰,为了实现对有害气体的实时监控,气敏传感器的发展和研究的重要性愈发突出。然而,传统的气敏材料主要由金属氧化物构成,这一类传感器普遍存在操作温度高的缺陷,因此基于导电聚合物的气体传感器应运而生。本论文旨在研究以导电聚合物聚苯胺和聚吡咯为基底的气敏材料的制备和改性,以及对提高气敏的机制的探讨。通过快速简易的原位化学氧化聚合法,在极低的单体浓度下,制备了基于PANI和SnO2复合物的p-n异质结,并将其负载在柔性的PET薄膜上构成灵敏的NH3传感器,并使用不同的分析方法对复合物的形貌、结构和热稳定性等性能进行了表征。相较于相关文献报道的类似传感器,本论文中制备的复合物传感器不仅在室温下对ppm级NH3表现出较高的灵敏度和选择性,还同时具有柔性,结构简单和便于携带的性能。复合物提高的气敏性能主要归功于PANI与SnO2间的协同作用以及在复合物界面上p-n异质结的形成。以FeCl3为氧化剂,在不同表面活性试剂存在下,使用原位聚合法在聚对苯二甲酸乙二醇酯柔性薄膜上负载制备了聚吡咯纳米颗粒。所制备的聚吡咯纳米材料的结构和形貌等特性通过XRD、FTIR、FESEM和四探针等表征手段进行了分析。基于使用SDS作为表面活性试剂所制备的聚吡咯纳米颗粒的传感器在室温下对ppm级三乙胺表现出优秀的气敏性能。实验结果表明,表面活性试剂的种类和用量对聚合物的聚合速度和形貌起到了至关重要的作用,进而影响材料对三乙胺的气敏性能。
【关键词】：聚苯胺 氧化锡 聚吡咯 传感器 p-n异质结
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB381;O631
【目录】：

• 摘要5-7
• abstract7-14
• 第一章 绪论14-28
• 1.1 引言14
• 1.2 导电高分子聚合物14-15
• 1.3 聚吡咯、聚苯胺15-16
• 1.4 聚吡咯的合成16-18
• 1.4.1 模板法16-17
• 1.4.2 种子聚合法17
• 1.4.3 界面聚合法17
• 1.4.4 快速反应混合法17-18
• 1.4.5 电化学合成法18
• 1.5 聚吡咯的应用18-21
• 1.5.1 在太阳能电池中的应用19
• 1.5.2 在锂蓄电池中的应用19-20
• 1.5.3 在超电容器中的应用20
• 1.5.4 在传感器中的应用20-21
• 1.6 聚吡咯气敏性能的改性21-24
• 1.6.1 表面活性试剂22
• 1.6.2 贵金属负载22-23
• 1.6.3 与金属氧化物构建异质结23
• 1.6.4 质子酸掺杂23-24
• 1.7 PET薄膜在传感器中的应用24-25
• 1.8 论文的研究内容及意义25-28
• 1.8.1 研究内容25
• 1.8.2 论文的选题意义25-28
• 第二章 实验部分28-32
• 2.1 实验原材料和仪器28-29
• 2.2 表征手段29-31
• 2.3 气体敏感性能测试31-32
• 第三章 PANI-SnO_2复合物的气敏性能与机制研究32-44
• 3.1 引言32
• 3.2 实验方法32-33
• 3.2.1 静电纺丝合成SnO_2纳米纤维的实验过程32-33
• 3.2.2 原位氧化还原聚合合成聚苯胺及其与SnO_2复合物的实验过程33
• 3.3 PANI-SnO_2复合物的分析表征33-38
• 3.4 PANI-SnO_2复合物的气敏性质38-41
• 3.4.1 气敏元件的灵敏度与NH_3浓度的关系38-39
• 3.4.2 SnO_2含量对气敏元件的灵敏度的影响39-40
• 3.4.3 传感器对不同气体的选择性40-41
• 3.4.4 传感器的响应时间41
• 3.5 PANI-SnO_2复合物对NH_3的气敏机理41-43
• 3.6 本章总结43-44
• 第四章 表面活性试剂种类和用量对聚吡咯气敏性能的影响44-56
• 4.1 引言44
• 4.2 原位聚合法合成聚吡咯纳米材料44-45
• 4.2.1 实验方法44-45
• 4.2.2 聚吡咯纳米材料的合成机制45
• 4.3 聚吡咯的分析表征45-49
• 4.4 聚吡咯纳米材料的气敏性质49-53
• 4.4.1 气敏元件的灵敏度与表面活性试剂种类的关系49-51
• 4.4.2 气敏元件的灵敏度与表面活性试剂用量的关系51-52
• 4.4.3 气敏元件的灵敏度与被测气体浓度的线性关系52-53
• 4.4.4 聚吡咯气敏元件对三乙胺的选择性53
• 4.5 PPy对TEA的气敏机理53-54
• 4.6 本章总结54-56
• 第五章 结论56-58
• 参考文献58-64
• 致谢64-66
• 研究成果及发表的学术论文66-68
• 作者和导师筒介68-69
• 附件69-70

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