用于环境有害气体检测及分离的纳米复合材料传感器研究

摘要

近年来，随着工业快速发展，我国面临着有害气体对环境及人们日常生活越来越大的威胁。气敏传感器和静电纺丝技术由于自身特性逐渐被广泛应用于各个领域的检测及分离中。为了满足电子设备多功能化的需求，制备一种新型的具有柔性、轻薄且可穿戴的电子设备的任务迫在眉睫。主要从网络纤维结构的构建和具备优秀光电学特性材料的选择两个方面进行研究。具体的内容介绍和所得的结论如下:
　　(1)采用物理气相沉积法制备基于碳纳米管的纳米复合结构透明导电薄膜。对碳纳米管的涂膜工艺参数进行了优化，研究了碳纳米管/聚吡咯和碳纳米管/聚苯胺纳米网络状薄膜对氨气灵敏度的响应，且CNT/PANI纳米复合材料薄膜比CNT/PPy具有更好的灵敏度和恢复性。为进一步研究低检测限的导电高分子聚合物纳米复合材料提供了基础。
　　(2)采用原位聚合法制备碳纳米管/聚苯胺纳米复合结构透明导电薄膜。通过向含有碳纳米管的苯胺单体溶液中添加过硫酸铵氧化剂获得聚苯胺颗粒包覆碳纳米管与聚苯胺纤维连接的类似“神经元”的结构，该薄膜组装为高效氨气传感器，检测范围200ppb～50ppm，检测限为2.7ppb，在室温下展现出了高灵敏度、快速响应时间和恢复时间、可靠的灵活性和良好的选择性。
　　(3)采用静电纺丝技术制备PAN纳米纤维薄膜检测甲醛和过滤PM2.5。本工作研究了PAN纳米纤维结构是一个二维蜘蛛网式的纳米纤维结构，其具有高度灵敏性和选择性。检测甲醛的浓度范围为50ppb～5ppm，而且过滤PM2.5的过滤效率高达89％，这种纳米纤维薄膜具有良好的透光率，可用于消防衣服、室内纱窗等有害气体检测及过滤方面的应用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 透明导电薄膜的发展及应用

1．2 纳米材料概述

1．2．1 纳米材料简介

1．2．2 纳米材料的制备方法

1．2．3 纳米材料的应用

1．3 气敏传感器

1．3．1 气敏传感器的发展及应用

1．3．2 碳纳米管气敏传感器

1．3．3 导电高分子气敏传感器

1．3．4 CNT／导电高分子纳米复合材料气敏传感器

1．4 静电纺丝技术

1．4．1 静电纺丝装置及机理

1．4．2 静电纺丝发展及应用

1．5 本论文的选题思路和主要研究内容

第二章 气相沉积法制备基于碳纳米管的纳米复合结构薄膜

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验药品及设备

2．2．2 实验方案

2．2．3 气敏传感测试

2．3 结果和讨论

2．3．1 研究CNT／PPY纳米复合结构透明薄膜传感器的性能

2．3．2 研究CNT／PANI纳米复合结构透明薄膜传感器的性能

2．4 本章小结

第三章 原位聚合法制备碳纳米管／聚苯胺纳米复合结构薄膜

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验药品及设备

3．2．2 实验方案

3．3 结果和讨论

3．3．1 不同浓度CNT纳米复合材料透明薄膜传感器的性能

3．3．2 不同比例APS／ANI制备的纳米复合材料透明薄膜传感器的性能

3．3．3 最佳参数的CNT/PANI纳米复合材料透明薄膜传感器的性能

3．4 本章小结

第四章 静电纺丝法制备聚丙烯腈纳米纤维薄膜

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．2 实验方案

4．3 结果和讨论

4．3．1 PAN纳米纤维薄膜结构的SEM图

4．3．2 PAN纳米纤维薄膜检测甲醛的变色性能

4．3．3 PAN纳米纤维薄膜过滤PM2．5的过滤效率

4．4 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者和导师简介