进入21世纪,随着工业发展、能源开发、科学研究、环境保护、安全生产以及家庭生活等各个方面的需要,对可燃性气体和有毒性气体的监测变得越来越迫切。尤其是研制选择性好、灵敏度高、响应恢复时间快、使用寿命长的气体传感器成为当今和未来气体传感器研究的重要课题。因而,开发具有实际应用价值的新型气敏材料,便成为当前研究的重点。 聚噻吩及其衍生物由于易聚合和在空气中稳定等特点而成为导电高分子领域的研究热点之一。聚噻吩及其衍生物作为一类重要的共轭聚合物有其更为广泛的用途。这类材料操作温度低,制备简单,但缺点是加工性差、响应恢复时间长、选择性差。聚噻吩与无机物形成的有机无机杂化材料,不仅由于无机物的引入而改善其原有性能,更重要的是由于纳米效应以及聚噻吩与无机物之间的协同作用,使得复合材料具有优于单一组分的性能。 本文开展了将有机/无机杂化材料用于气体传感器的研究,我们选择聚噻吩为有机相成分,二氧化锡、三氧化钨等典型的金属氧化物半导体为无机成分,采用原位氧化聚合法、机械共混法等多种方法来制备不同的杂化材料,然后对其作相关表征,并研究其低温下(低于100℃)的气敏性能,通过与单一材料的气敏性能作比较,分析杂化材料的敏感机理。 1.机械共混法制备PTP/SnO2杂化材料,分别在甲醇、乙醇、丙酮、CO、H2、H2S和NOx的气氛中测试其气敏性能。结果发现,在操作温度为室温、60℃、90℃时,PTP/SnO2杂化材料(PTP质量分数为1％、5％、10％、20％和30％)只对H2S和NOx气体有响应,说明杂化材料比单一的PTP、SnO2材料有更好的选择性,同时比SnO2的操作温度低,并且比PTP有较好的可逆性,这为制备低温低能耗传感器的制备提供了新的选择。 2.机械共混法制备PTP/WO3杂化材料,所用WO3用溶胶凝胶法制备。气敏性能测试结果表明:WO3对NH3、H2S、NOx都有气敏性；而PTP/WO3杂化材料(PTP质量分数分别为1％、5％、10％、20％、30％和40％)只对H2S、NOx气体有敏感性,尤其对NOx具有较高的灵敏度,并且可逆性好、响应恢复时间快,其灵敏度高于WO3,适于在较宽浓度范围内对NOx气体的检测。 在操作温度、选择性、响应恢复时间、可逆性等方面PTP/WO3杂化材料都表现出比单一PTP、WO3更优越的性能。 3.原位氧化聚合法制备PTP/SnO2复合材料。通过XRD、FT-IR、SEM、TEM、等多种手段对材料进行表征,并研究其在低于100℃下的气敏性能。XRD结果表明,SnO2的晶型在反应前后保持一致,说明聚合物的生成不改变SnO2的晶型。TEM及电子衍射结果表明,PTP包裹在SnO2的表面。气敏性能测试发现,PTP/SnO2复合材料(PTP质量分数为1％、5％、10％、20％和30％)只对NOx气体有响应,说明杂化材料比单一的PTP、SnO2材料有更好的选择性,同时比SnO2的操作温度低,并且比PTP有较好的可逆性。