棒狀聚合物薄膜傳感器的制備及特性研究.pdf

1、近年重大煤礦事故頻發(fā)，因此發(fā)展應(yīng)用于煤礦瓦斯探測的低成本傳感技術(shù)就顯得極為迫切。氣敏材料是氣體傳感器的核心，與傳統(tǒng)的無機(jī)半導(dǎo)體材料相比，高分子氣敏材料具有價廉易得、制備工藝簡單，環(huán)境要求低的優(yōu)點，最重要的是它可以在常溫下使用，從而打破了氣體傳感器原有的應(yīng)用范圍。而相對于其他導(dǎo)電高分子體系，棒狀導(dǎo)電聚合物由于良好的導(dǎo)電性、優(yōu)良的環(huán)境穩(wěn)定性等優(yōu)點而成為當(dāng)今最具潛力的研究熱點之一。然而單一的棒狀導(dǎo)電聚合物分子間相互作用力大，在室溫下呈膠狀，加

2、工性能和機(jī)械性能差，對氣體的吸附解吸效率較低。而將無機(jī)納米材料摻雜在棒狀導(dǎo)電聚合物中既能發(fā)揮納米粒子自身的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和量子效應(yīng)而且兼有高分子材料本身的優(yōu)點使得它們在電、磁、敏感等方面呈現(xiàn)出常規(guī)材料不具備的特性。針對以上問題，本文主要研究了以幾個部分：
　　(1)首先制備了PDMEB薄膜、PDMEB/SnO2復(fù)合薄膜及PDMEB/In2O3復(fù)合薄膜，分別對制備的薄膜進(jìn)行了表面形貌和紅外光譜等分析。發(fā)現(xiàn) SnO2納米粉體和I

3、n2O3的存在使復(fù)合薄膜呈現(xiàn)出比PDMEB薄膜更有利于氣體擴(kuò)散的多孔狀結(jié)構(gòu)，氣孔分布更均勻。分別在石英晶體微天平（Quartz Crystal Microbalance，簡稱QCM）和聲表面波（Surface Acoustic Wave，簡稱 SAW）器件上制備了PDMEB薄膜、PDMEB/SnO2復(fù)合薄膜及PDMEB/In2O3復(fù)合薄膜傳感器，研究室溫下對瓦斯氣體CH4和CO的敏感特性。研究表明，PDMEB/SnO2復(fù)合薄膜及PDME

4、B/In2O3復(fù)合薄膜氣體傳感器對CH4具有更高的靈敏度和更快的響應(yīng)恢復(fù)時間。通過對SAW傳感器的研究表明，PDMEB/SnO2復(fù)合薄膜及PDMEB/In2O3復(fù)合薄膜氣體傳感器對CH4具有更高的靈敏度。
　　(2)制備了另一種具有結(jié)構(gòu)共價鍵的導(dǎo)電聚合物材料Pt-DEB，與PDMEB相比，Pt-DEB在聚合物主干鏈上加入了金屬Pt原子，使得電子形成配位金屬耦合對，因此具有更好的導(dǎo)電性。并對其進(jìn)行了紅外光譜、XPS圖譜分析以及核磁共

5、振的分析表征。接著采用旋涂法分別制備了Pt-DEB薄膜QCM和SAW傳感器，研究了其在室溫下對于瓦斯氣體CH4的敏感特性。研究表明Pt-DEB薄膜QCM傳感器在室溫下對于瓦斯氣體CH4的敏感特性，發(fā)現(xiàn)對CH4氣體發(fā)生吸附過程后，很難回到初始頻率，并且對不同濃度的瓦斯氣體響應(yīng)靈敏度呈非線性。但是Pt-DEB薄膜傳感器對不同濃度的有機(jī)蒸汽THF、CHCl3、MeOH和EtOH體現(xiàn)出了良好的響應(yīng)特性和重復(fù)性，穩(wěn)定性很理想。Pt-DEB薄膜SA