納米聚合物單纖維傳感器研究.pdf

1、微納尺度傳感器在器件體積、功耗、靈敏度、重復(fù)性、成本、生產(chǎn)控制等方面較傳統(tǒng)傳感器都有較大的優(yōu)勢，納米技術(shù)和MEMS傳感器兩種技術(shù)的結(jié)合使傳感器進(jìn)一步朝集成化、智能化發(fā)展，大幅提升了傳感靈敏度、選擇性和可靠性。目前基于微納結(jié)構(gòu)的傳感器己逐漸成為物理、化學(xué)、生物領(lǐng)域眾多傳感器采用的一種重要結(jié)構(gòu)形式。微納纖維型傳感器作為微納傳感器的一重要組成部分，由于其便于制備控制，便于定量分析，適于和微納結(jié)構(gòu)結(jié)合而獲得了廣泛的關(guān)注。本文對聚合物納米纖維的制

2、備、合成、壓電特性、氣敏特性和氣敏機(jī)理等有關(guān)問題進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。主要研究內(nèi)容如下：
　　 在現(xiàn)有靜電紡絲基礎(chǔ)上，使用近場電紡技術(shù)制備了外形、結(jié)構(gòu)可控的聚合物單根納米纖維/纖維陣列，為深入分析纖維壓電、氣敏機(jī)理提供了可能，通過控制電紡過程的工藝參數(shù)對纖維形態(tài)進(jìn)行控制，探討了不同材料、不同條件參數(shù)對近場電紡過程和結(jié)果的影響。
　　 制備了聚偏氟乙烯纖維，進(jìn)行了可紡性研究和配比優(yōu)化。在電紡過程中直接利用了高電場和大拉伸比

3、，有效地提高了纖維中B相比例，從而使制備的纖維具有比傳統(tǒng)壓電薄膜更高的壓電系數(shù)和單位電荷輸出效應(yīng)。設(shè)計(jì)了專用電荷放大器，可對微小電荷量進(jìn)行引出。經(jīng)測試該壓電纖維具有良好的機(jī)-電轉(zhuǎn)化特性，轉(zhuǎn)化效率高于傳統(tǒng)聚偏氟乙烯膜，在壓力傳感、人工觸覺，微納發(fā)電等領(lǐng)域都具有良好的應(yīng)用前景。
　　 研究單根導(dǎo)電聚合物纖維的電特性，測試了纖維與不同電極材料的接觸特性，對肖特基接觸的產(chǎn)生條件進(jìn)行了研究。應(yīng)用MEMS技術(shù)研制了單纖維場效應(yīng)特性測試平臺(tái)，

4、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說明聚苯胺纖維具備場效應(yīng)，在柔性電路，有機(jī)半導(dǎo)體等方面有著良好的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)說明質(zhì)子酸摻雜的聚苯胺纖維具有優(yōu)越的場效應(yīng)性能和氨氣氣敏特性，可有效利用場效應(yīng)結(jié)構(gòu)控制纖維內(nèi)部載流子活動(dòng)，提升其氣敏性能，可有效檢測低至1ppm濃度的氨氣。
　　 以氣敏選擇性高、靈敏度高為目標(biāo)，使用納米鈀顆粒材料對導(dǎo)電聚合物纖維進(jìn)行了摻雜，制備獲得功能材料顆粒-導(dǎo)電聚合物的混合纖維，對氫氣具有高靈敏響應(yīng)，為制備陣列型多目標(biāo)氣體傳感器提供了良好平臺(tái)

5、。納米纖維設(shè)計(jì)發(fā)揮了納米材料比表面積大，靈敏度高的優(yōu)勢，同時(shí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，對1％濃度氫氣響應(yīng)靈敏度為1.07。提出了柔性串珠納米鈀微粒結(jié)構(gòu)單根纖維模型。柔性導(dǎo)電纖維材料連結(jié)鈀粒子，避免了鈀功能粒子因吸氫作用體積膨脹造成的傳感器重復(fù)測試失效等問題，又突破了目前離散鈀粒子氫氣測量范圍有限的局限，有效氫氣濃度測量范圍從傳統(tǒng)的4％左右擴(kuò)展超過10％。
　　 通過控制電紡參數(shù)對制備得纖維直徑進(jìn)行了有效控制，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了纖維直徑對氣敏響應(yīng)靈敏