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(jìn)入21世紀(jì),隨著工業(yè)發(fā)展、能源開發(fā)、科學(xué)研究、環(huán)境保護(hù)、安全生產(chǎn)以及家庭生活等各個(gè)方面的需要,對(duì)可燃性氣體和有毒性氣體的監(jiān)測(cè)變得越來(lái)越迫切。尤其是研制選擇性好、靈敏度高、響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間快、使用壽命長(zhǎng)的氣體傳感器成為當(dāng)今和未來(lái)氣體傳感器研究的重要課題。因而,開發(fā)具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的新型氣敏材料,便成為當(dāng)前研究的重點(diǎn)。 聚噻吩及其衍生物由于易聚合和在空氣中穩(wěn)定等特點(diǎn)而成為導(dǎo)電高分子領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)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(jiǎn)單,但缺點(diǎn)是加工性差、響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)、選擇性差。聚噻吩與無(wú)機(jī)物形成的有機(jī)無(wú)機(jī)雜化材料,不僅由于無(wú)機(jī)物的引入而改善其原有性能,更重要的是由于納米效應(yīng)以及聚噻吩與無(wú)機(jī)物之間的協(xié)同作用,使得復(fù)合材料具有優(yōu)于單一組分的性能。 本文開展了將有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化材料用于氣體傳感器的研究,我們選擇聚噻吩為有機(jī)相成分,二氧化錫、三氧化鎢等典型的金屬氧化物半導(dǎo)體為無(wú)機(jī)成分,采用原位氧化聚合法、機(jī)械共混

3、法等多種方法來(lái)制備不同的雜化材料,然后對(duì)其作相關(guān)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(jī)理。 1.機(jī)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(cè)試其氣敏性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在操作溫度為室溫、60℃、90℃時(shí),PTP/SnO2雜化材料(PTP質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％、5％、10％、20％和30％)只對(duì)H2S和NOx氣體有響應(yīng),說明雜

4、化材料比單一的PTP、SnO2材料有更好的選擇性,同時(shí)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(jī)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(cè)試結(jié)果表明:WO3對(duì)NH3、H2S、NOx都有氣敏性；而PTP/WO3雜化材料(PTP質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1％、5％、10％、20％、30％和40％)只對(duì)H2S、NOx氣體有敏感性,尤其對(duì)NOx具有較高的

5、靈敏度,并且可逆性好、響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間快,其靈敏度高于WO3,適于在較寬濃度范圍內(nèi)對(duì)NOx氣體的檢測(cè)。 在操作溫度、選擇性、響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間、可逆性等方面PTP/WO3雜化材料都表現(xiàn)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(fù)合材料。通過XRD、FT-IR、SEM、TEM、等多種手段對(duì)材料進(jìn)行表征,并研究其在低于100℃下的氣敏性能。XRD結(jié)果表明,SnO2的晶型在反應(yīng)前后保持一致,說明聚合物的