聚苯胺/高分子复合气敏材料的研究

论文摘要

氨气传感器是气体传感器中一个重要产品,在生产、生活各个方面应用广泛。其中,导电高聚物基氨气传感器由于制备工艺简单,气敏性能优良,操作条件易实现等,成为目前研究的重点。本文通过采用不同高分子物质对聚苯胺(PANI)气敏材料进行掺杂,改善材料的氨敏性能,使材料对氨气具有较好的选择性、反应时间和灵敏度。其主要研究内容如下：1.采用两步乳液聚合法,以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为掺杂剂,过硫酸铵(APS)为氧化剂合成PANI/PMMA复合物。该复合物是以PMMA为核,以PANI为表层的新型聚合物,检测表明在室温下对氨气有较好的灵敏度。通过控制变量法,考察了不同制备因素对PANI/PMMA乳液稳定性及其气敏性能的影响,优化得到了室温下合成PANI/PMMA复合材料的较佳工艺条件：n(DBSA(十二烷基苯磺酸))/n(An(苯胺))=1.5,n(APS)/n(An)=1.2,w(PMMA) /w(An)=4:聚合时间为18h,在此条件下材料对1000ppm氨气的灵敏度为24.7。2.以聚乙二醇(PEG)为掺杂剂,过硫酸铵(APS)为引发剂,用一步乳液聚合法合成PANI/PEG复合物。同时,考察了不同制备因素对PAN/PEG乳液稳定性及复合材料气敏性能的影响,优化得到室温下合成过程中较佳工艺条件为：n(DBSA)/n(An)=1.0,n(APS)/n,(An)=1.0,,n(PEG)/n(An)=2,聚合时间为16h。在此条件下材料对1000ppm氨气的灵敏度为43.8。3.以聚乙酸乙烯酯(PVAC)为掺杂剂,过硫酸铵(APS)为氧化剂,十二烷基苯磺酸(DBSA)为乳化剂,制备出稳定的聚苯胺/聚乙酸乙烯酯(PANI/PVAC)乳液状态的复合材料。通过单因素实验,确定了较佳工艺条件：乳化剂：n(DBSA)/n (An)=1.0,n(APS)/n(An)=1.0,单体用量：n(VAC)/n(An)=1.0,聚合时间：6小时,反应温度：20℃。在此条件下材料对1000ppm氨气的灵敏度为56.0。4.采用红外光谱与差热及热重技术,对掺杂聚苯胺的结构变化及热稳定性进行了研究,为聚苯胺基复合材料的进一步深入研究和应用奠定了一定基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 综述
• 1.1 氨气传感器的应用领域
• 1.1.1 化工生产
• 1.1.2 医疗领域
• 1.1.3 汽车工业
• 1.1.4 农业生产
• 1.1.5 大气监测
• 1.1.6 室内空气质最监测
• 1.2 氨气传感器的分类及其研究进展
• 1.2.1 金属半导体传感器
• 1.2.2 导电高聚物传感器
• 1.2.3 电化学传感器
• 1.2.4 纳米材料传感器
• 1.2.5 光纤传感器
• 1.2.6 电子鼻
• 1.3 聚苯胺的结构特性
• 1.4 聚苯胺的合成方法
• 1.5 聚苯胺的掺杂
• 1.6 聚苯胺的气敏机理
• 1.7 聚苯胺基气敏材料检测方法
• 1.8 影响聚苯胺气敏性能的因素
• 1.9 本文研究目的与意义
• 2 PANI/PMMA复合材料的制备及其气敏性能的研究
• 2.1 实验试剂及仪器
• 2.2 实验装置
• 2.3 实验步骤
• 2.3.1 PMMA的实验制备
• 2.3.2 PANI/PMMA的实验制备
• 2.4 材料气敏性能的检测
• 2.4.1 气敏元件的制备
• 2.4.2 元件气敏性能的测试方法
• 2.5 实验结果与讨论
• 2.5.1 PANI/PMMA复合材料合成工艺条件的优化
• 2.5.2 材料的氨敏性能
• 2.5.3 合成材料的红外表征
• 2.5.4 合成材料的热稳定性分析
• 2.6 本章小结
• 3 PANI/PEG复合材料的制备及其气敏性能的研究
• 3.1 实验试剂及仪器
• 3.2 实验装置
• 3.3 PANI/PEG材料的制备实验
• 3.4 材料气敏性能的检测
• 3.5 实验结果与讨论
• 3.5.1 PANI/PEG材料合成工艺条件的优化
• 3.5.2 材料的氨敏性能
• 3.5.3 合成材料的红外表征
• 3.5.4 合成材料的热稳定性分析
• 3.6 本章小结
• 4 PANI/PVAC复合材料的制备及其气敏性能研究
• 4.1 实验试剂及仪器
• 4.2 实验装置
• 4.3 实验步骤
• 4.4 材料气敏性能的检测
• 4.5 实验结果与讨论
• 4.5.1 PANI/PVAC复合材料合成的单因素实验
• 4.5.2 材料的氨敏性能
• 4.5.3 合成材料的红外表征
• 4.5.4 合成材料的热稳定分析
• 4.6 三种合成新材料气敏性能的对比
• 4.7 本章小结
• 5 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果