论文摘要
气体传感器是一类重要的化学传感器，在航空航天、石油化工、环境及食品等领域有着广泛的应用。气敏材料是气体传感器的核心，与传统的TiO2、SnO2、ZnO等无机半导体材料相比，高分子气敏材料聚吡咯、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。而相对于其他共扼高分子体系，聚苯胺由于独特的掺杂机制、良好的导电性、优良的环境稳定性等优点而成为最具有应用前景的导电高分子材料之一。然而单一的聚苯胺分子间相互作用力大，几乎不溶不熔，加工性能和机械性能差，使得很多实际应用无法实现。而聚苯胺与纳米粒子复合的复合材料既能发挥纳米粒子自身的小尺寸效应、表面效应和量子效应而且兼有高分子材料本身的优点使得它们在光、电、磁、敏感等方面呈现出常规材料不具备的特性，故而得到广泛的研究。针对以上问题，本文主要研究了以几个部分：（1）采用静电力自组装和化学氧化聚合相结合的方法，以苯胺为单体，过硫酸铵为氧化剂，在酸性介质中分别制备了PANI／TiO2复合薄膜和PANI薄膜，对其进行了表征分析和气敏特性的研究。结果表明，PANI／TiO2复合薄膜传感器在对NH3灵敏度、响应-恢复时间和重复性等方面均优于PANI薄膜传感器。接着研究了质子酸掺杂剂对PANI/TiO2氨敏特性的影响。分别用HCl和PTSA作为质子酸掺杂剂，制备了HCl和PTSA掺杂的PANI／TiO2复合薄膜，分别对其进行了表征分析和氨敏特性的研究。结果表明，HCl掺杂比PTSA掺杂复合薄膜传感器有更高的灵敏度和更短的响应-恢复时间，而两者的重复性均较为理想，但稳定性很差，因而在此基础上，又研究了聚合温度对PANI/TiO2复合薄膜传感器氨敏特性的影响，结果表明10℃下制备的复合薄膜传感器的灵敏度最高，响应-恢复时间最短。（2）选用另外一种常见的无机半导体SnO2纳米颗粒作为掺杂剂，相同的实验条件下分别制备了不加入表面活性剂TTAB和加入TTAB的PANI／SnO2复合薄膜传感器，通过对薄膜表征分析和气敏特性的研究可知，表面活性剂TTAB的加入大大提高了高浓度NH3的灵敏度，在响应-恢复时间上也得到了一定的改善。
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摘要ABSTRACT第一章 绪论1.1 课题的来源和课题背景1.2 气体传感器技术及发展现状1.2.1 气体传感器概述1.2.2 气体传感器的检测原理及响应过程1.2.3 气体传感器的分类1.2.4 气体传感器存在的问题与发展趋势1.3 聚合物气敏薄膜的研究进展1.3.1 气敏薄膜的研究进展1.3.2 聚苯胺的研究概况1.3.3 聚苯胺的结构及特性1.3.4 聚苯胺—无机氧化物复合材料1.4 本论文研究内容第二章 器件结构设计及气敏测试系统组建2.1 器件结构设计2.1.1 器件结构的比较与选择2.1.2 平面叉指电极基本结构及工作原理2.1.3 平面叉指电极传感器参数分析2.1.4 平面叉指电极及引线的制备2.2 气敏测试系统的组建2.3 气体传感器的主要特性参数2.4 本章小节2薄膜的制备及气敏特性研究'>第三章 PANI和PANI/TiO2薄膜的制备及气敏特性研究3.1 试剂与仪器3.2 基片预处理3.3 薄膜制备方法3.4 薄膜表征2复合薄膜和PANI薄膜表征'>3.4.1 PANI/TiO2复合薄膜和PANI薄膜表征2复合薄膜的表征'>3.4.2 HCl和PTSA掺杂PANI/TiO2复合薄膜的表征2复合薄膜的表征'>3.4.3 不同聚合温度下HCl掺杂PANI/TiO2复合薄膜的表征2复合薄膜和PANI薄膜传感器特性测试与结果讨论'>3.5 PANI/TiO2复合薄膜和PANI薄膜传感器特性测试与结果讨论2复合薄膜和PANI薄膜传感器对NH3敏感特性测试'>3.5.1 PANI/TiO2复合薄膜和PANI薄膜传感器对NH3敏感特性测试2复合薄膜和PANI薄膜传感器对CO敏感特性测试'>3.5.2 PANI/TiO2复合薄膜和PANI薄膜传感器对CO敏感特性测试2复合薄膜温湿度特性'>3.5.3 PANI/TiO2复合薄膜温湿度特性2复合薄膜氨敏特性的影响'>3.6 质子酸掺杂剂对PANI/TiO2复合薄膜氨敏特性的影响2复合薄膜传感器氨敏特性测试与结果讨论'>3.7 不同聚合温度下PANI/TiO2复合薄膜传感器氨敏特性测试与结果讨论3.8 本章小结2薄膜的制备及气敏特性研究'>第四章 PANI/SnO2薄膜的制备及气敏特性研究4.1 试剂与仪器4.2 基片预处理4.3 薄膜制备方法4.4 薄膜表征2复合薄膜的表征'>4.4.1 PANI/SnO2复合薄膜的表征2复合薄膜的表征'>4.4.2 加入表面活性剂TTAB的PANI/SnO2复合薄膜的表征4.5 薄膜传感器特性测试与结果讨论3敏感特性测试'>4.5.1 薄膜传感器对NH3敏感特性测试4.5.2 薄膜传感器对CO敏感特性测试4.6 本章小结第五章 结论与展望5.1 本文研究结论5.2 本论文工作展望致谢参考文献攻读硕士学位期间的研究成果
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