文档介绍：陕西师范大学
硕士学位论文
基于PEG为基体的导电复合材料的制备、表征与气敏行为
姓名:牛莉
申请学位级别:硕士
专业:高分子化学与物理
指导教师:罗延龄
20070501
基于;宓牡嫉绺春喜牧系闹聘鳎碚饔肫粜形牛莉摘要碳纳米管是一种新型的纳米材料,由于其特殊的结构和独特的物理、化学、电学性能,,设计组装了聚乙二醇;宓钠舸ǜ斜∧げ牧希煌倍员确治隽瞬杂碳黑的嫉绺春喜牧霞帮胱游5嫉缭亓髯拥腜复合电解质薄膜在溶剂蒸气诱导下的电响应行为:探讨了聚合物、导电载流子与溶剂蒸气分子之间的相互作用对气敏响应性能的影响;并获得了~些规律性的研究结果,为进一步开发功能传感器材料打下了理论基础。通过研究,本文取得以下三方面的成果:圆煌肿恿康腜为基体,又Ω男缘穆ㄌ亢5嫉缭亓子,采用溶液分散工艺箭得纳米级分散的高性能气敏传感材科,研究了肿量对接枝率及各种溶剂蒸气响应性的影响;考察了两种炭黑粒子的分散行为,表面特性差异及这种差异对响应重复性、稳定性的影响。结果表明,疌甮·复合材料对其良溶剂蒸气如⒙确隆⒈>哂泻芮康南煊π裕涞缱柚悼商高到初始电阻的倍。将这种材料再放入干燥空气中时,电阻又恢复到初始值;而对其不良溶剂如正己烷、甲苯几乎不响应。随肿恿康奶岣撸煊α敏度下降;响应的重复稳定性受炭黑粒子分散行为的影响。ü贒作用下,将带有羧基的多壁碳纳米管用斜砻婊Чδ苄奘危制备了~种新颖的对氯仿蒸气具有择优选择性的气敏传感材料。研究了薄膜样品对各种有机溶剂蒸气的电阻响应行为。通过与—猤传感薄膜对比分析发现,表面化学修饰得到的甈导电复合薄膜的成膜性,响应时间,灵敏度和恢复性能得到显著改善,展示出对氯仿蒸气高的响应强度,快的响应速度和良好的重复稳定性,而对其他良溶剂如水和乙酸表现出低的响应性,对不良溶剂如正已烷则基本不响应。这归功于碳纳米管独特的结构和物理化学性能及其谄浔砻嫘纬傻哪擅准栋膊悖佑晔沟萌芗练肿佑刖酆衔铮寄擅坠的相互作用产生不同的电阻气敏响应行为。芯苛瞬煌肿恿康木垡叶迹呗人犸春系缃庵时∧ぴ诓煌Щ肪持械气敏响应行为,讨论了锂轴浓度对薄膜电响应行为的影响,比较了不同含量下聚乙二醇/聚偏氟乙烯共混复合薄膜表面微孔结构与气敏导电行为的变化规律。结果表明,聚乙二醇,锂盐复合薄膜对乙酸蒸气具有择优响应性。随着肿恿康奶岣撸砸宜帷⒙确隆⒈U羝南煊η慷仍龃蟆T黾语闻
度,响应性逐渐减弱,而导电性逐渐提高。由于聚乙二醇/聚偏氟乙烯共混复合薄膜中引入微多孔结构,增大了比表面积,响应性能明显改善。提出了以下四个方面的观点来解释实验观察到的现象。蛘屠砺郏喊凑铡跋嗨葡嗳堋痹恚备春咸逑滴樟既芗劣谢羝螅致聚合物溶胀,基体体积将膨胀,阻隔或切断导电链,导电粒子相对体积分数减少,电阻显著升高,产生响应行为。而当气体解吸附后,基体收缩,形成新的导电通道,电阻恢复初始值。这在研究的三种体系中均有不同程度的表现。缱幼R评砺郏阂谰莅氲继謇砺郏宸肿佑氚氲夹蕴寄擅坠鼙砻娴奶荚子通过相互作用发生电荷转移,将直接导致其电学结构发生变化。金属性多壁碳纳米管对气体并不敏感,但不排除有机溶剂蒸气的极性会对金属性碳纳米管的电导产生影响,仍需进一步的证明。饧砺郏焊春衔锒捞氐南煊π形S隤分子中疏水性的乙烯基和亲水性的醚氧原子与有关。这一结构可与某些溶剂分子产生氢键作用,由于分子间氢键等弱相互作用具有动态可逆的特点,因此具有独特的响应特性;这一结构也可在芪纬纱蟀刖禤纳米级包裹层,这会影响相邻炊蔚脑硕绞郊薄膜对溶剂分子的溶胀与收缩行为及其与聚合物之间相容性。在此基础上,我们提出了相关模型来解释响应机理,认为其溶胀行为与纯逵泻艽蟛畋稹9鄄表明一些溶剂蒸气能够和相邻炊紊系难踉栊纬汕康那饧毕拗屏薖的溶胀,表现出弱的响应性。而作为既芗恋穆确抡羝敫叻肿又浯嬖谌醯氢键作用,导致了短时问内分析物分子的快速吸附与解吸附。绾侠砺郏壕垡叶挤肿又械拿蜒踉佑腼沃蠰阳离子有强烈的配位络合作用,这种配位络合结构非常有利于离子对的解离,形成独立的正、负离子,离子导电性提高。结晶度愈高,配位络合能力愈强,肿佣愿呗人犸尾愈高的溶解性和溶剂化能力。由于这些溶剂表现出的对络合的促进或抑制作用,从而改变燥胱拥娜芙庑曰蛉芗粱芰Γ跋祜胱釉赑膜中的解离,在不同溶剂中表现出不同导电行为。关键词:导电粒子,聚醇,接枝,气敏响应行为。
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作者签名:廊作者签名:卜日期:卫ā=闩期:—。刖早善一学位论文独创性声明学位论文使用授权声明本人声明所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研