基于聚苯胺及其纳米复合物敏感材料的设计、制备和敏感特性研究

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传感器在现代社会诸多领域有着重要的应用,其研究受到广泛重视。通过把敏感材料纳米化和复合等手段制备新型敏感材料以提高传感器的性能是目前传感器研究的重要方向。本论文制备了具有纳米结构的聚苯胺及其复合物,并以之为敏感材料构建了三类传感器:(1)纳米纤维湿度传感器;(2)纳米薄膜氨气传感器;(3)纳米复合葡萄糖传感器。通过FT-IR、UV-vis、QCM、XPS、SEM、 TEM、AFM、XRD、比表面积测定等手段,表征了敏感材料组成、结构和形貌特性。研究了传感器的室温响应特性,调控了复合材料的组成、形貌特性等,优化了传感特性,探讨了敏感机理。采用静电纺丝法构建了聚苯胺复合纳米纤维阻抗型和声表面波型(SAW)湿度传感器。通过在纳米纤维中引入串珠结构,显著增强纤维与电极基底的粘结,同时利用热交联提高其耐水性和稳定性。阻抗型湿度传感器具有良好的响应线性度、快速响应、很小的湿滞和很好的重现性,其灵敏度比薄膜湿度传感器高两个数量级。利用复阻抗谱分析确定了等效电路,建立了纳米纤维湿敏响应物理模型。SAW型湿度传感器具有极高的响应灵敏度(~75 kHz/%RH),超快响应(响应时间1~2 s)和极好的响应线性度(R2>0.999),而且可检测0.5%RH的极低湿度。采用静电层层自组装法制备了聚苯胺和TiO2复合纳米薄膜气体传感器,其在室温下对于低浓度氨气(ppm级)具有很高的响应灵敏度、快速响应、良好的响应可逆性及稳定性。采用电聚合法制备了具有纳米结构的聚苯胺与葡萄糖氧化酶(GO_x)和聚多巴胺(PDA)复合葡萄糖传感器。聚苯胺与GOx和PDA之间的交联显著提高了聚苯胺敏感膜的机械强度和稳定性。传感器响应灵敏度高,检测限低至3 μM。
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