导电聚合物及其金属氧化物复合物薄膜氨气敏感特性的研究

论文摘要

本论文从提高聚合物敏感性方面着手,用简单易行的方法制备聚合物薄膜及其金属氧化物复合物薄膜。系统的研究了聚合物的敏感性以及影响敏感性的因素,在此基础上通过复合无机氧化物的方法制备聚合物复合物薄膜以提高聚合物的敏感性。首先,拓展了控制原位聚合法制备薄膜厚度的方法。我们通过控制聚合时间来制备不同厚度的聚吡咯薄膜,系统的研究薄膜厚度对聚吡咯薄膜氨气敏感特性的影响,并在此基础上结合公式计算确定影响聚合物传感器敏感性的因素。其次,在聚吡咯中添加Fe3O4制备复合物薄膜来提高聚吡咯的氨气敏感特性。我们通过在吡咯水溶液中添加一定质量的无机氧化物的办法原位制备聚吡咯/Fe3O4。氨气敏感测试结果表明,Fe3O4的加入使得聚合物的表面积以及聚合物内部孔隙度增大从而缩短了响应时间。再次,在聚吡咯中添加TiO2制备复合物薄膜来提高聚吡咯的氨气敏感特性。氨气敏感测试结果证明,加入TiO2以后,不仅传感器的氨气敏感响应时间变短,气体敏感性也有了很大的提高。我们认为,TiO2的加入不仅提高了聚合物的表面积并增大了聚合物内部孔隙度,更为重要的是在聚合物和氧化物之间形成了一个p-n结,从而提高了薄膜的氨气敏感性能。最后,在聚苯胺中添加Fe2O3制备聚复合物薄膜来提高聚苯胺的氨气敏感特性。氨气敏感测试结果证明,加入Fe2O3以后,传感器的敏感性和响应时间较纯的聚苯胺传感器均有所改善。

论文目录

• 提要
• 第一章 前言
• 1.1 聚合物气体传感器
• 1.1.1 导电聚合物材料的分类
• 1.1.2 气敏导电聚合物材料传感器
• 1.2 聚合物气体传感器的敏感机理
• 1.2.1 分析物和导电聚合物之间的化学反应
• 1.2.2 分析物和导电聚合物之间的弱作用
• 1.3 聚合物气体传感器的研究现状
• 1.3.1 聚合物气体传感器的制备方法
• 1.3.2 聚吡咯气体传感器的研究现状
• 1.3.3 聚苯胺气体传感器的研究现状
• 1.4 聚合物/无机氧化物复合材料气体传感器
• 1.4.1 聚吡咯/无机氧化物复合材料气体传感器的研究现状
• 1.4.2 聚苯胺/无机氧化物复合传感器的研究现状
• 1.5 本论文主要工作的结构体系
• 第二章 聚吡咯薄膜氨气敏感特性的研究
• 2.1 前言
• 2.2 聚吡咯薄膜的制备与表征
• 2.2.1 试剂
• 2.2.2 传感器的制备
• 2.2.3 聚吡咯薄膜的制备
• 2.2.3 表征测试
• 2.2.4 结果与讨论
• 2.3 聚吡咯薄膜氨气敏感测试
• 2.3.1 氨气敏感测试体系
• 2.3.2 聚吡咯薄膜的氨气敏感行为
• 2.4 聚吡咯气体敏感性机理讨论
• 2.4.1 聚吡咯气体敏感性机理讨论
• 2.4.2 聚吡咯薄膜厚度对传感器敏感性的影响
• 2.4.3 聚吡咯薄膜厚度对传感器响应时间的影响
• 2.5 本章小结
• 第三章 聚吡咯/四氧化三铁复合物薄膜氨气敏感特性的研究
• 3.1 前言
• 3O₄ 复合物薄膜的制备与表征'>3.2 PPy/Fe₃O₄复合物薄膜的制备与表征
• 3.2.1 试剂
• 3O₄ 复合物薄膜的制备'>3.2.2 PPy/Fe₃O₄复合物薄膜的制备
• 3O₄ 复合物薄膜的表征'>3.2.3 PPy/Fe₃O₄复合物薄膜的表征
• 3.2.4 结果和讨论
• 3O₄ 复合物薄膜的敏感测试'>3.3 PPy/Fe₃O₄复合物薄膜的敏感测试
• 3O₄ 复合物薄膜的敏感测试系统'>3.3.1 PPy/Fe₃O₄复合物薄膜的敏感测试系统
• 3O₄ 复合物薄膜氨气敏感行为'>3.3.2 PPy/Fe₃O₄复合物薄膜氨气敏感行为
• 3O₄ 纳米颗粒对聚吡咯薄膜氨气敏感性作用机理的讨论'>3.4 Fe₃O₄纳米颗粒对聚吡咯薄膜氨气敏感性作用机理的讨论
• 3O₄ 纳米颗粒对PPy 薄膜氨气稳定性的影响'>3.4.1 Fe₃O₄ 纳米颗粒对PPy 薄膜氨气稳定性的影响
• 3O₄ 纳米颗粒对PPy 薄膜氨气响应时间的影响'>3.4.2 Fe₃O₄ 纳米颗粒对PPy 薄膜氨气响应时间的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 聚吡咯/二氧化钛复合物薄膜氨气敏感特性的研究
• 4.1 前言
• 2 复合物薄膜的制备与表征'>4.2 PPy/TiO₂复合物薄膜的制备与表征
• 4.2.1 试剂
• 2 复合物薄膜的制备'>4.2.2 PPy/TiO₂复合物薄膜的制备
• 4.2.3 表征测试
• 4.2.4 结果与讨论
• 2 复合物薄膜氨气气体敏感测试'>4.3 PPy/TiO₂复合物薄膜氨气气体敏感测试
• 2 复合物薄膜氨气气体敏感测试系统'>4.3.1 PPy/TiO₂复合物薄膜氨气气体敏感测试系统
• 2 复合物薄膜氨气气体敏感行为'>4.3.2 PPy/TiO₂复合物薄膜氨气气体敏感行为
• 2 对聚吡咯薄膜氨气敏感性作用的机理讨论'>4.4 TiO₂对聚吡咯薄膜氨气敏感性作用的机理讨论
• 2 对聚吡咯薄膜氨气敏感性的影响'>4.4.1 TiO₂对聚吡咯薄膜氨气敏感性的影响
• 4.4.2 薄膜厚度对聚吡咯传感器灵敏度的影响
• 2 对聚吡咯薄膜氨气稳定的影响'>4.4.3 TiO₂对聚吡咯薄膜氨气稳定的影响
• 2 对聚吡咯薄膜氨气响应时间的影响'>4.4.4 TiO₂对聚吡咯薄膜氨气响应时间的影响
• 4.5 本章小结
• 第五章 聚苯胺/三氧化二铁复合物薄膜氨气敏感特性的研究
• 5.1 前言
• 2O₃ 复合物薄膜的制备与表征'>5.2 PANI/Fe₂O₃复合物薄膜的制备与表征
• 5.2.1 试剂
• 2O₃ 复合薄膜的制备'>5.2.2 PANI/Fe₂O₃复合薄膜的制备
• 5.2.3 表征测试
• 5.2.4 结果与讨论
• 2O₃ 复合物薄膜氨气气体敏感测试'>5.3 PANI/Fe₂O₃复合物薄膜氨气气体敏感测试
• 2O₃ 复合物薄膜氨气气体敏感测试系统'>5.3.1 PANI/Fe₂O₃复合物薄膜氨气气体敏感测试系统
• 2O₃ 复合物薄膜氨气气体敏感行为'>5.3.2 PANI/Fe₂O₃复合物薄膜氨气气体敏感行为
• 2O₃ 复合物薄膜氨气气体敏感行为的讨论'>5.4 PANI/Fe₂O₃复合物薄膜氨气气体敏感行为的讨论
• 2O₃ 对聚苯胺薄膜的氨气气体敏感行为的影响'>5.4.1 Fe₂O₃对聚苯胺薄膜的氨气气体敏感行为的影响
• 5.4.2 PANI 薄膜与PPy 薄膜敏感性的对比研究
• 5.5 本章小结
• 参考文献
• 作者简介
• 攻博期间发表的学术论文
• 致谢
• 摘要
• Abstract