掺杂聚苯胺及其复合材料的气敏性能研究

论文摘要

气体传感器是一种重要的化学传感器，在航空航天、石油化工、环境及食品检测领域有着广泛的应用。气敏材料是气体传感器的核心，传统的气敏材料如SnO2、ZnO、Fe2O3等存在选择性差、操作温度高、稳定性也不令人满意等问题，从而限制了气体传感器的发展和应用。与无机半导体材料相比，高分子气敏材料如聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺等具有价廉易得，制备简单的优点，最重要的是它可以在室温下使用，从而拓展了气体传感器的应用范围。本文对聚苯胺的合成、气敏性能和气敏机理等有关问题进行了较为系统的研究。主要研究内容如下：采用化学氧化聚合法，以苯胺为单体，过硫酸铵为氧化剂，在酸性介质中合成了聚苯胺，研究了不同合成条件对产物气敏性能的影响，结果表明酸掺杂后的聚苯胺在室温下对NH3具有较好的灵敏度；采用傅里叶红外光谱和紫外可见光光谱对聚苯胺掺杂HCl前后的结构变化进行了分析，同时利用热重-差热分析技术对不同酸掺杂聚苯胺的热稳定性进行了测试，研究了不同质子酸掺杂对聚苯胺气敏性能的影响，结果表明大分子有机磺酸掺杂的聚苯胺与传统的HCl掺杂的聚苯胺相比，不仅具有更好的环境稳定性，而且灵敏度也得到了不同程度的提高，其中效果最好的磺基水杨酸（SSA）掺杂的聚苯胺在室温下对1000ppmNH3的灵敏度达到16；采用机械共混法分别制备了SSA-PAn/SnO2和SSA-PAn/In2O3复合材料，改善了聚苯胺的可加工性，对复合材料气敏性能的研究结果表明，对于SSA-PAn/SnO2，材料的灵敏度随SnO2含量的增加而提高，在SnO2含量为50％时达到最大值，在室温下对1000ppmNH3的灵敏度达到25；对于SSA-PAn/In2O3，材料的灵敏度随In2O3含量的增加而降低。与单一的SSA-PAn材料相比，复合材料具有更好的可加工性和环境稳定性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1. 绪论
• 1.1 导电聚合物
• 1.1.1 导电聚合物的研究历史
• 1.1.2 导电聚合物的导电机理
• 1.2 聚苯胺
• 1.2.1 聚苯胺的概述
• 1.2.2 聚苯胺的合成方法
• 1.2.3 聚苯胺的掺杂
• 1.2.4 聚苯胺的溶解性
• 1.2.5 聚苯胺的应用
• 1.2.6 聚苯胺的复合材料
• 1.3 高分子聚合物气体传感器的研究现状
• 1.4 本课题研究内容
• 2. 盐酸掺杂态聚苯胺的制备与气敏性能研究
• 2.1 实验原料
• 2.2 实验所需仪器
• 2.3 化学氧化法合成导电聚苯胺
• 2.3.1 掺杂态聚苯胺的合成
• 2.3.2 本征态聚苯胺的合成
• 2.4 产物性能测试与结构分析
• 2.4.1 红外光谱分析
• 2.4.2 紫外光谱分析
• 2.5 盐酸掺杂态聚苯胺的气敏性能研究
• 2.5.1 气敏元件的制备
• 2.5.2 气敏元件的测试原理
• 2.5.3 气敏性能测试所用公式
• 2.5.4 气敏元件的特征参数
• 2.5.5 盐酸掺杂态聚苯胺的气敏性能
• 2.5.6 聚苯胺的气敏机理初探
• 3. 有机酸掺杂态聚苯胺的制备与气敏性能研究
• 3.1 有机酸掺杂态聚苯胺的制备
• 3.2 有机酸掺杂态聚苯胺的表征
• 3.2.1 红外光谱分析
• 3.2.2 热重分析
• 3.3 有机酸掺杂态聚苯胺的气敏性能
• 4. 聚苯胺/无机氧化物复合材料的制备与气敏性能
• 4.1 二氧化锡的制备与表征
• 4.1.1 二氧化锡的制备
• 4.1.2 二氧化锡的表征
• 4.2 三氧化二铟的制备和表征
• 4.2.1 三氧化二铟的制备
• 4.2.2 三氧化二铟的表征
• 4.3 聚苯胺复合材料的制备及气敏性能测试
• 4.3.1 机械共混法制备聚苯胺复合材料及其表征
• 2复合材料的气敏性能测试结果分析'>4.3.2 聚苯胺与SnO₂复合材料的气敏性能测试结果分析
• 2O₃复合材料的气敏性能测试结果分析'>4.3.3 聚苯胺与In₂O₃复合材料的气敏性能测试结果分析
• 5. 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录