聚噻吩-金屬氧化物雜化材料的制備及氣敏性能研究.pdf

1、進入21世紀,隨著工業(yè)發(fā)展、能源開發(fā)、科學研究、環(huán)境保護、安全生產以及家庭生活等各個方面的需要,對可燃性氣體和有毒性氣體的監(jiān)測變得越來越迫切。尤其是研制選擇性好、靈敏度高、響應恢復時間快、使用壽命長的氣體傳感器成為當今和未來氣體傳感器研究的重要課題。因而,開發(fā)具有實際應用價值的新型氣敏材料,便成為當前研究的重點。 聚噻吩及其衍生物由于易聚合和在空氣中穩(wěn)定等特點而成為導電高分子領域的研究熱點之一。聚噻吩及其衍生物作為一類重要的共軛

2、聚合物有其更為廣泛的用途。這類材料操作溫度低,制備簡單,但缺點是加工性差、響應恢復時間長、選擇性差。聚噻吩與無機物形成的有機無機雜化材料,不僅由于無機物的引入而改善其原有性能,更重要的是由于納米效應以及聚噻吩與無機物之間的協同作用,使得復合材料具有優(yōu)于單一組分的性能。 本文開展了將有機/無機雜化材料用于氣體傳感器的研究,我們選擇聚噻吩為有機相成分,二氧化錫、三氧化鎢等典型的金屬氧化物半導體為無機成分,采用原位氧化聚合法、機械共混

3、法等多種方法來制備不同的雜化材料,然后對其作相關表征,并研究其低溫下(低于100℃)的氣敏性能,通過與單一材料的氣敏性能作比較,分析雜化材料的敏感機理。 1.機械共混法制備PTP/SnO2雜化材料,分別在甲醇、乙醇、丙酮、CO、H2、H2S和NOx的氣氛中測試其氣敏性能。結果發(fā)現,在操作溫度為室溫、60℃、90℃時,PTP/SnO2雜化材料(PTP質量分數為1％、5％、10％、20％和30％)只對H2S和NOx氣體有響應,說明雜

4、化材料比單一的PTP、SnO2材料有更好的選擇性,同時比SnO2的操作溫度低,并且比PTP有較好的可逆性,這為制備低溫低能耗傳感器的制備提供了新的選擇。 2.機械共混法制備PTP/WO3雜化材料,所用WO3用溶膠凝膠法制備。氣敏性能測試結果表明:WO3對NH3、H2S、NOx都有氣敏性；而PTP/WO3雜化材料(PTP質量分數分別為1％、5％、10％、20％、30％和40％)只對H2S、NOx氣體有敏感性,尤其對NOx具有較高的

5、靈敏度,并且可逆性好、響應恢復時間快,其靈敏度高于WO3,適于在較寬濃度范圍內對NOx氣體的檢測。 在操作溫度、選擇性、響應恢復時間、可逆性等方面PTP/WO3雜化材料都表現出比單一PTP、WO3更優(yōu)越的性能。 3.原位氧化聚合法制備PTP/SnO2復合材料。通過XRD、FT-IR、SEM、TEM、等多種手段對材料進行表征,并研究其在低于100℃下的氣敏性能。XRD結果表明,SnO2的晶型在反應前后保持一致,說明聚合物的