论文部分内容阅读
无机氧化物半导体如SnO2、ZnO等作为气敏材料具有灵敏度高、响应恢复快等优点,但工作温度高、选择性差等缺点制约其进一步发展。有机导电聚合物如聚毗咯(PPy)、聚苯胺(PANI)等作为气敏材料则具有工作温度低,导电率高等优点,但响应恢复慢,灵敏度低等缺点影响其发展空间。近年来,有机/无机复合气敏材料逐渐成为人们关注的焦点,并得到迅速发展。本文通过静电纺丝法和原位气相/液相化学氧化聚合法制备PPy/氧化物半导体复合纳米纤维并对其气敏性能进行了研究,重点探讨了无机相的改变以及聚合条件的变化对复合材料形貌结构和气敏性能的影响,主要结论如下：1.利用静电纺丝法和原位气相化学氧化聚合法制备出了PPy/Co3O4复合纳米纤维,探讨了聚合时间对复合材料形貌结构和气敏性能的影响。当聚合时间为3min时PPy/Co3O4复合纳米纤维外壳层PPy的厚度约为6nm,在室温下对H2S气体显示出优异的气敏特性,其探测下限可以达到100ppb,与纯PPy相比,同等浓度下灵敏度得到了大幅提高,恢复性能也得到了改善。2.利用静电纺丝法和原位气相化学氧化聚合法制备出了PPy/SnO2复合纳米纤维,并探讨了聚合时间对其气敏性能的影响。气敏测试结果显示聚合时间为3min的PPy/SnO2复合纳米纤维在室温下对N02具有良好的气敏特性,具有较低的探测极限,当N02浓度为300ppb时灵敏度可达到0.2,在同等浓度下,其灵敏度是纯PPy的9倍,并且具有良好的恢复性和稳定性。3.利用静电纺丝法和原位气相化学氧化聚合法制备了聚合时间为3min的PPy/3at.%Sb掺杂SnO2复合纳米纤维和PPy/15at.%Sb掺杂Sn02复合纳米纤维。Raman测试结果证实了复合纳米纤维外壳层PPy和内核中Sb的存在。气敏测试结果显示Sb掺杂后两种复合材料对N02气体的最佳工作温度均为90℃；与不掺杂Sb的PPy/SnO2复合纳米纤维相比,Sb掺杂后复合材料电阻明显变小,N02气体探测区间增大,可以达到300ppm,响应恢复时间变短。4.采用静电纺丝法制备Sn02中空纳米纤维,并利用原位液相化学氧化聚合法制备出了PPy/SnO2中空复合纳米纤维。通过SEM、TEM和FTIR等对其进行表征,结果表明聚合时间为2h的PPy/SnO2中空复合纳米纤维直径为300-400nm,外壳层PPy的厚度约为40nnm,此聚合条件下的复合材料在室温下对NO2气体具有良好的选择性,响应恢复时间分别为20s和50s,与原位气相化学氧化聚合法制备的PPy/SnO2复合纳米纤维相比,响应恢复时间明显缩短。