高分子及其復合濕敏、氣敏材料的設計、制備和敏感特性.pdf

1、本論文設計制備了四種類型共七種高分子及復合高分子濕敏材料：基于聚4-乙烯基毗啶/聚甲基丙烯酸縮水甘油酯(P4VP/PGMA)互穿網絡聚合物(IPN)；基于聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯/聚甲基丙烯酸縮水甘油酯(PDMAEM/PGMA)互穿網絡聚合物及其分別與聚苯胺(PANI-CSA)或聚吡咯(PPy)的復合物；聚苯乙烯磺酸鈉(NaPSS)以及聚二甲基二烯丙基氯化銨(PDDA)聚電解質材料與多壁碳納米管復合物，和羧基改性超支化聚合物H2O。通過

2、浸涂法在金叉指電極表面涂膜，再經過加熱處理，同時進行季銨化、交聯(lián)反應，方便地制各互穿聚合物網絡濕敏元件及其它濕敏元件。另外，采用氣相聚合、溶液原位生長、靜電紡絲三種方法直接制得了聚吡咯、聚吡咯/多壁碳納米管復合物以及聚吡咯復合物納米纖維氣敏材料及氣體敏感元件。使用FT-IR、UV-vis、XRD、TGA、TEM、SEM、AFM和拉曼光譜等手段表征了材料組成和形貌。研究了濕敏元件的濕敏特性以及氣敏元件對氨氣、甲醇等有機氣體的氣敏特性。討論

3、了敏感層的組成、結構及其微觀形貌，制備工藝條件等因素對敏感元件響應性能的影響。探討了敏感材料的濕敏或氣敏機理。 研究了制備互穿聚合物的浸涂液總濃度、浸涂液中互穿聚合物組成比例、交聯(lián)劑濃度、制備工藝(電極結構、浸涂液陳化時間、季銨化溫度及時間、敏感層的厚度、保護膜)以及測試環(huán)境(測試溫度、頻率)等，對基于P4VP/PGMA互穿聚合物網絡(IPN)濕敏元件感濕特性的影響。與基于單一親水、疏水網絡或半互穿網絡的元件相比，制得的電阻型濕

4、敏元件，不僅在95～25％RH范圍，阻抗變化范圍10<'3>～10<'6>Ω，具有響應快(吸濕3 s、脫濕時間21 s)，靈敏度高(10<'3>)，濕滯小(～1％RH)以及線性度好(R<'2>=0.996)等優(yōu)異的濕敏響應特性，而且還具備良好的耐高溫高濕、耐水、耐溶劑特性。通過交流復阻抗譜分析，研究其濕敏特性并建立等效模型，其濕敏行為與典型聚電解質濕敏材料相一致，導電機理主要為離子導電，而親疏水組分的比例是決定元件表現為電阻型響應或電容

5、型響應的關鍵。 研究了互穿聚合物的組成、制備工藝，對基于PDMAEM/PGMA IPN濕敏元件的感濕特性的影響，發(fā)現該元件在98～18％RH濕度范圍內，阻抗變化范圍10<'3>～10<'7>Ω，同樣具有響應快(吸濕4 s、脫濕20 s)，靈敏度高(～10<'4>)，濕滯小(～2％RH)等優(yōu)良的濕敏響應特性，同時還發(fā)現該元件具有良好的耐水性(20 min)。同時，以該濕敏膜為基，采用聚吡咯的氣相聚合法，或涂覆可溶聚苯胺，制得了復合

6、濕敏元件。發(fā)現復合元件不僅基本保留了IPN濕敏元件原有的濕敏特性，而且低濕條件下的阻抗明顯降低，有利于較低濕度環(huán)境(15～30％RH)的檢測。研究了多壁碳納米管的引入對聚苯乙烯磺酸鈉、聚二甲基二烯丙基氯化銨濕敏響應特性的影響，討論了復合物組成對其濕敏特性及其濕敏機理的影響。元件在98～20％RH范圍的阻抗隨濕度降低線性減少，為較低濕度的測量提供了基礎。該類復合濕敏元件的感濕行為主要受離子導電與本征電子導電兩種機理所控制。初步探討了通過端

7、基改性制備基于超支化聚酯H20的濕敏材料，及其濕敏元件的感濕特性。發(fā)現羧基改性超支化H20濕敏材料隨末端基的性質和數量的不同，其表現出不同的濕敏特性。研究了氧化劑、摻雜劑種類和濃度以及多壁碳納米管的引入，對氣相聚合制備的聚吡咯及其納米復合物氨氣響應特性的影響。發(fā)現多壁碳納米管的引入可提高納米復合物對氨氣的響應靈敏度，其對50 ppm氨氣的靈敏度高達10％，同時在很高的氨氣濃度下(12500 ppm)響應也可回復，顯示良好的應用前景。研究