【摘 要】
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随着现代化工业技术的高速发展,氨气在人们日常生活和工业生产中随处可见,长期待在过量氨气的环境中会引起呼吸道、皮肤灼伤、胸闷、气短等健康问题,所以迫切需要一种能快速有效检测氨气的气敏传感器。近年来,碳纳米管(CNT)成为理想的室温气敏材料。但是,CNT制成的气体传感器还存在着效率低、响应时间较长(约5-20min)、制备工艺复杂等缺点。为了增加CNT的气敏性能,希望其能同高导电、高响应度的导电聚合物
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随着现代化工业技术的高速发展,氨气在人们日常生活和工业生产中随处可见,长期待在过量氨气的环境中会引起呼吸道、皮肤灼伤、胸闷、气短等健康问题,所以迫切需要一种能快速有效检测氨气的气敏传感器。近年来,碳纳米管(CNT)成为理想的室温气敏材料。但是,CNT制成的气体传感器还存在着效率低、响应时间较长(约5-20min)、制备工艺复杂等缺点。为了增加CNT的气敏性能,希望其能同高导电、高响应度的导电聚合物复合。与其他制备复合材料的方法相比,静电纺丝法制备的气敏薄膜,具有比表面积大、柔韧性好、可弯折等优点,非常适合应用于目前热门的柔性可穿戴传感器中。因此,本文以CNT为基础研究对象,通过静电纺丝设备分别将两种导电聚合物与多壁碳纳米管混合电纺成纳米纤维薄膜,制成气敏传感器,经实验对比发现能够有效监测氨气。具体研究内容如下:首先自主搭建了一个静电纺丝设备,通过COMSOL软件模拟纺丝时的静电场,根据仿真结果选择出合理的收集板宽度,并分析了电场强度与电压、纺丝距离的关系。其次,对纺丝过程中用到的多壁碳纳米管进行混酸氧化处理,以此来消除CNT中存在的杂质,并改善其在溶液中易团聚的现象。之后,采用静电纺丝法制备了PVA/PEDOT/CNT和PAN/PANi/CNT两种复合薄膜,分别拍摄不同电纺参数下的SEM图像,使用图像处理软件绘制选区内100根纤维直径的分布图,由此选出最优的电纺参数。最后,将这两种复合薄膜分别搭载到叉指电极上,研究其气敏特性。测试结果表明,两种复合薄膜的氨气选择性和稳定性都很好,可以有效的检测20ppm以上的氨气;复合材料制备的传感器与单一组分相比灵敏度提高3.15倍;使用PAN/PANi/CNT制备的传感器具有更短的响应恢复时间。
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