新型復合濕敏材料的設計和制備.pdf

1、環(huán)境濕度和人們的生產(chǎn)、生活息息相關(guān)，作為簡易的濕度檢測元件，濕度傳感器已經(jīng)被廣泛應用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、氣象、電子、航空等領(lǐng)域。濕敏材料是濕度傳感器的核心部分，發(fā)展新型感濕材料已經(jīng)成為人們研究的重點。目前，高分子聚合物由于其感濕量程寬、響應時間短、易于制備、成本低等特點，越來越受到人們關(guān)注。但是高分子聚合物材料在高溫高濕條件下容易發(fā)生溶解和漂移的現(xiàn)象，因此目前的研究重點多側(cè)重于提高材料的耐水性和穩(wěn)定性。材料復合是已經(jīng)被證實的可以有效改善

2、敏感材料性質(zhì)的重要方法，對于研究新型濕敏材料有重要意義。本文采用不同的方法制備了兩種類型的復合材料，導電聚合物聚苯胺插層的水滑石復合濕敏材料和羧甲基纖維素鹽/正硅酸乙酯復合納米纖維濕敏材料。
　　1.導電聚合物聚苯胺插層水滑石無機有機復合濕敏材料:我們采用共插層的方法，成功將聚苯胺(PANI)與陰離子表面活性劑共同引入到三種水滑石層板中間，如鋰鋁水滑石、鎂鋁水滑石和鎳鋁水滑石，得到了三種不同的插層水滑石材料:LiAl-LDH/PA

3、NI/SDS、MgAl-LDH/PANI/SDS和NiAl-LDH/PANI/SDS。濕敏測試結(jié)果表明聚苯胺在插層之后相比聚苯胺自身具有較好的濕敏性能，在11-95％RH整個濕度范圍內(nèi)具有較好的線性相關(guān)關(guān)系，較小的濕滯回差，較高的穩(wěn)定性。三種復合材料都具有很快的響應速度:LiAl-LDH/PANI/SDS的響應時間2 s，MgAl-LDH/PANI/SDS的響應時間3 s，NiAl-LDH/PANI/SDS的響應時間為4 s。進一步說明

4、水滑石的2D層狀結(jié)構(gòu)對于提高材料的濕敏性能有重要作用，不僅可以提高材料的響應速度還可以提高層間聚合物的穩(wěn)定性。我們認為，三種材料之間響應速度的差異是由于水滑石層板中金屬離子不同導致的。金屬鋰離子的半徑較小，對水分子的極化能力較強，因此對濕度增加表現(xiàn)出最快的響應速度。
　　2.基于羧甲基纖維素鹽制備復合納米纖維:分別配制了不同比例的羧甲基纖維素鈉(CMC-Na)前驅(qū)體溶液和羧甲基纖維素鋰(CMC-Li)前驅(qū)體溶液，采用靜電紡絲方法在

5、特定的實驗條件下均得到直徑小于1μm的納米纖維。羧甲基纖維素鹽是一種吸水能力較強的材料，通過改變羧甲基纖維素鈉和正硅酸乙酯的質(zhì)量比可以控制復合材料表面形貌和親水能力。隨著材料中羧甲基纖維素鹽含量的增大，紡絲纖維表面開始變的粗糙。通過對材料的濕敏性能測試，兩種復合納米纖維材料都表現(xiàn)出良好的濕敏性能，大的阻抗變化范圍，較好的線性關(guān)系和小的濕滯回差。CMC-Li納米纖維材料的響應速度快于CMC-Na納米纖維材料，這主要是由于CMC-Li納米纖