[00136123]有机-无机复合纳米材料在气体检测中的应用

目前,用于气敏传感器的敏感材料主要包括半导体材料和有机聚合物材料,半导体材料如SnO2、WO3、ZnO等制备方法简单、原料成本低、气体灵敏度高等特点成为研究热点,部分材料已实现商品化,但半导体材料工作温度高,导致能耗增加,制约了其在无线传感网等多个领域的应用。 另一类为有机气敏传感器,目前研究较多的有机气敏材料主要为酞菁类金属络合物（酞菁铜、酞菁铅等）和卟啉类化合物。这类化合物具有给电子性,能够和NO2这一缺电子的物质可逆地发生相互作用而又稳定存在,并产生响应物性变化,从而对气体进行响应。但总体而言,这类材料分子量较小,环境稳定性较差。 聚苯胺等共轭高分子是一种气敏特性很好的高分子功能材料。由于聚苯胺具有多种氧化还原态,由于使用的还原态聚苯胺在合成中容易被原位掺杂,这种原位掺杂即便在碱洗过后仍有少量残留,因此对含氮类有毒气体如NH3、NO2等具有较好的响应特性,但是原位掺杂即便在碱洗过后仍有少量残留,与空气中的NO2相比余量仍较大,影响对NO2气体的响应,另一方面,空气中的水蒸气通常会对聚苯胺电导率等物理特性产生较大影响,在常温或温和条件下应用时对气体响应产生很大干扰。与之相比,当聚合物分子链上部分原子被掺杂/取代后,可大大降低原位掺杂,降低材料电导率,提升响应空间,另一方面,掺杂/取代可大大提升材料的疏水性,减少空气中水蒸汽干扰。 对聚合物进行修饰或与具有较高电导率的纳米碳材料、金属氧化物进行复合有望获得更高灵敏度和选择性的气敏传感材料。我们在前期研究的基础上,采取多种方案实现无机-聚苯胺复合材料的制备。研究了无机材料添加量、制备方法的变化对样品形貌、红外吸收、气敏性能的影响。此外将无机材料加入聚合物中研究了无机材料添加量、种类、添加方式对材料的气敏性能的影响,拓宽了纳米材料在气敏传感器领域的应用。