導電高分子復合材料的制備及其低溫氣敏性能研究.pdf

1、氣敏材料的性能決定著氣敏元件及其氣體傳感器的性能。針對目前氣敏材料在使用過程中存在的問題，為進一步提高其低溫氣敏性能，結(jié)合導電高分子材料、石墨烯及金屬氧化物的各自特性，本文系統(tǒng)研究了導電高分子復合材料的制備及其低溫氣敏性能。其主要內(nèi)容如下：
　　1.將具有室溫氣敏性的導電高分子材料與比表面積較大、電子轉(zhuǎn)移能力較強的石墨烯相結(jié)合，通過原位化學氧化聚合法制備出了一種二元復合氣敏材料聚噻吩/石墨烯（PTh/rGO），并對其結(jié)構(gòu)和氣敏性能

2、進行了表征和測試分析。結(jié)果表明該復合材料在室溫下對NO2的靈敏度和選擇性均優(yōu)于單一聚噻吩。
　　2.金屬氧化物半導體氣敏材料的缺點是操作溫度高（250-600℃），但其靈敏度、穩(wěn)定性和響應恢復性能較好。為了進一步提高導電高分子材料的低溫氣敏性能，將上述二元復合氣敏材料與相關(guān)金屬氧化物相結(jié)合，研究合成出了兩種三元導電高分子復合材料：聚噻吩/石墨烯/WO3（PTh/rGO/WO3）和聚吡咯/石墨烯/In2O3（PPy/rGO/In2O

3、3）。研究過程中，首先利用水熱法合成出了兩種二元材料rGO/WO3和 rGO/In2O3，進而采用化學氧化聚合法分別制備出了PTh/rGO/WO3和PPy/rGO/In2O3兩種三元復合材料，并采用場發(fā)射掃描電鏡、透射電鏡、比表面積分析儀、紅外光譜儀、X射線衍射儀等手段對其結(jié)構(gòu)和形貌進行了表征，同時，還利用氣敏測試設(shè)備對其低溫氣敏性能進行了測試。結(jié)果表明工作溫度在75℃或室溫下，其靈敏度、選擇性和響應恢復性能均優(yōu)于二元復合材料。

4、　　3.為了提高三元復合材料的穩(wěn)定性，本文在含有還原態(tài)金屬氧化物TiO2和氧化石墨烯（GO）之間引入酰胺鍵，合成出TiO2/GO后，再利用化學氧化聚合法將TiO2/GO與導電高分子材料聚苯胺（PANI）進行結(jié)合，從而成功合成出了三元復合材料PANI/TiO2/GO，通過相關(guān)表征和測試手段，不僅說明三元復合材料中存在酰胺鍵，進一步提高了材料的穩(wěn)定性，而且，室溫下對NH3的靈敏度、選擇性及其元件的恢復性能均有所提高，是一種較佳的導電高分子三

5、元復合氣敏材料。
　　4.本文還探討了導電高分子材料與金屬氧化物半導體材料復合后在紫外光激發(fā)下的低溫氣敏性能，首先分別合成出了兩種中間體Zn5(CO3)2(OH)6納米片和ZnO2，然后通過在400℃下煅燒分別得到ZnO納米片和富含氧空位缺陷的ZnO，再利用化學氧化聚合法分別與PANI和PTh結(jié)合，最后得到兩種導電高分子與金屬氧化物結(jié)合的二元復合材料PANI/ZnO和PTh/ZnO，同時對所制備的二種二元復合材料分別進行了結(jié)構(gòu)表征

6、和氣敏性能測試。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在紫外光激發(fā)下，兩種材料對乙醇氣體均具有較好的靈敏度和響應與恢復性能，且穩(wěn)定性較好。在無紫外光照射時，二者對乙醇均沒有氣敏性，原因在于在紫外光照射下，有機與無機材料之間存在著電荷轉(zhuǎn)移的協(xié)同效應。
　　5.本文還對所合成復合材料的氣敏機理進行了分析。導電高分子材料（PANI、PTh、PPy）具有室溫氣敏性能，可降低氣敏材料的操作溫度；金屬氧化物半導體材料的穩(wěn)定性好、靈敏度高、響應和恢復時間短；石墨烯具有較大的