CN102561042A - 一种枝状纳米结构聚苯胺气敏传感器的制备方法 - Google Patents

一种枝状纳米结构聚苯胺气敏传感器的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102561042A
CN102561042A CN2012100052219A CN201210005221A CN102561042A CN 102561042 A CN102561042 A CN 102561042A CN 2012100052219 A CN2012100052219 A CN 2012100052219A CN 201210005221 A CN201210005221 A CN 201210005221A CN 102561042 A CN102561042 A CN 102561042A
Authority
CN
China
Prior art keywords
polyaniline
preparation
nanometer
dendritic
fiber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2012100052219A
Other languages
English (en)
Inventor
龙云泽
唐成春
黄蓉
孙彬
张红娣
王文修
陈晓宇
李苹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Qingdao University
Original Assignee
Qingdao University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Qingdao University filed Critical Qingdao University
Priority to CN2012100052219A priority Critical patent/CN102561042A/zh
Publication of CN102561042A publication Critical patent/CN102561042A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

本发明属于传感器技术领域，涉及一种枝状纳米结构聚苯胺气敏传感器的制备方法，先用静电纺丝方法制备绝缘高分子材料聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)纳米纤维；再将PMMA纳米纤维作为反应模板或基底浸入磺基水杨酸掺杂的聚苯胺反应液，利用原位聚合法在PMMA纳米纤维表面包裹一层导电聚苯胺，通过控制反应时间、聚合温度、苯胺单体与掺杂剂摩尔比的反应条件，在聚苯胺包裹层表面自组装形成枝状纳米结构，得到与待测气体接触面积大的同轴结构聚苯胺纤维；其结构简单且功耗小；制备方法简单且成本低；传感器力学性能好，不易破碎；聚苯胺同轴纤维外层所包裹的聚苯胺呈珊瑚触角状的枝状结构，增加与气体接触表面积，传感器灵敏度和响应速度高。

Description

一种枝状纳米结构聚苯胺气敏传感器的制备方法
技术领域：
本发明属于传感器技术领域，涉及一种利用静电纺丝方法制备的纳米纤维作为模板、原位聚合制备枝状纳米结构聚苯胺同轴纤维气敏传感器的方法，特别是一种枝状纳米结构聚苯胺气敏传感器的制备方法。
背景技术：
气敏传感器是一种检测特定气体的传感器，在环境、卫生食品、工农业生产、医疗军事以及公共安全等许多领域有着广泛的应用前景。目前，常见的气敏传感器多为氧化物半导体型，其特点是通过对氧化物半导体进行离子掺杂来改善传感器性能，测试时需要高温加热到300℃左右，因此，这类传感器通常需要附设加热元件，导致其结构复杂且功耗较大。导电聚合物既具有化学氧化还原活性、金属和无机半导体的电学和光学等特性，又具有聚合物密度小、柔韧性和加工性较好等优点，在有机光电子器件和电化学器件等领域中已引起人们广泛的研究兴趣，以导电聚合物为基底的气敏传感器，如聚苯胺、聚吡咯、聚(3，4-二氧乙基噻吩)气敏传感器等，由于具有工作温度低、功耗低等特点，也越来越受到关注，中国专利(申请号200510049518.5)公开了一种经离子掺杂、可在室温下工作的聚吡咯气敏传感器，并给出了传感器对浓度为100ppm氨气的响应曲线。在众多导电聚合物材料中，聚苯胺由于具有原料便宜、合成简便、耐高温及环境温度性好、有较高的电导率、物理化学性能良好等优点而得到广泛关注，中国专利(专利号：ZL 201020156403.2)公开了一种教学实验装置，用于介绍和演示导电聚苯胺薄膜和纳米结构的导电机理、湿敏传感和光电导性能；但同时聚苯胺也具有某些导电聚合物材料熔点高、难溶、加工成型困难的缺点，不易于加工应用；为了解决聚苯胺作为气敏传感器应用面临的困难，人们正在寻求研究一种利用静电纺丝法制备的纳米纤维作为模板或基底，原位聚合制备枝状纳米结构聚苯胺同轴纤维气敏传感器的加工技术，该技术可以同时提高导电聚苯胺传感器的气敏传感性能和力学性能。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求探索一种具有高比表面积纳米结构聚苯胺气敏传感器的制备方法，采用聚苯胺包裹层的表面自组装技术，形成类似于珊瑚触角的枝状纳米结构，以增加待测气体与传感器的接触面积，使传感器的灵敏度和响应速度得到显著提高，采用同轴复合结构提高柔韧性等力学性能。
为了实现上述目的，本发明制备纳米结构聚苯胺气敏传感器的步骤为：先用静电纺丝方法制备绝缘高分子材料聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)纳米纤维；再将PMMA纳米纤维作为反应模板或基底浸入磺基水杨酸掺杂的聚苯胺反应液，利用原位聚合法在PMMA纳米纤维表面包裹一层导电聚苯胺，通过控制反应时间、聚合温度、苯胺单体与掺杂剂摩尔比的反应条件，在聚苯胺包裹层表面自组装形成枝状纳米结构，得到与待测气体接触面积大(相较于传统气敏膜和胶片)的同轴结构聚苯胺纤维。
本发明所述的反应液配制为用0.02摩尔的苯胺、0.02摩尔的过硫酸氨(氧化剂)、0.01摩尔的磺基水杨酸(掺杂剂)和100毫升的去离子水配成聚苯胺反应液；所述的反应时间为6～7小时，苯胺单体与掺杂剂的摩尔比为2∶1。
本发明与现有技术相比，磺基水杨酸掺杂的聚苯胺气敏传感器的可在常温下工作，结构较为简单且功耗较小；制备方法简单且成本较低；传感器的力学性能较好，不容易破碎；聚苯胺同轴纤维外层所包裹的聚苯胺呈珊瑚触角状的枝状结构，增加与气体接触的表面积，提高气敏传感器的灵敏度和响应速度。
附图说明：
图1为本发明涉及的制备方法原理步骤示意框图。
图2为本发明制备的同轴纤维扫描电镜SEM照片。
图3为本发明涉及的同轴纤维对不同浓度氨气的响应曲线图。
具体实施方式：
下面通过实施例并结合附图做进一步说明。
实施例1：
本实施例的第一步：静电纺丝法制备聚甲基丙烯酸甲酯PMMA纳米纤维，选用已有的静电纺丝装置，配制质量百分比为17wt％的PMMA纺丝溶液(1.7克PMMA(分子量为350,000)，4.15克四氢呋喃，4.15克二甲基甲酰胺)；静电纺丝装置的发射极(针头，内直径0.6毫米)与接收极(铝箔)之间的距离为12厘米，纺丝电压为10至14千伏，将静电纺丝制备的PMMA无纺布纤维转移到镂空的塑料片上并用双面胶固定，作为制备同轴聚苯胺纤维的模板；第二步：在PMMA纳米纤维表面原位聚合生成聚苯胺纳米结构，用0.02摩尔的苯胺、0.02摩尔的过硫酸氨(氧化剂)、0.01摩尔的磺基水杨酸(掺杂剂)和100毫升的去离子水配成聚苯胺反应液，将第一步中制备的PMMA纤维浸入反应液中，浸泡反应时间为6～7小时，将样品从反应液中取出，用去离子水漂洗50～80秒后取出，再将样品放入烘箱中在70℃下烘干10～20分钟，即制得所需磺基水杨酸掺杂的纳米结构聚苯胺同轴纤维气敏传感器样品；图2给出了同轴纤维的扫描电镜SEM照片，从图中可以清楚看到同轴纤维的表面自组装形成了聚苯胺枝状纳米结构。
实施例2：
本实施例为本发明制备的同轴纤维气敏传感器对氨气的传感性能测试：将枝状纳米结构聚苯胺同轴纤维样品用铜线和银胶接好电极放入气敏测试装置中，接入电阻测量仪器和电源；测量前，先向气敏测试装置充入氮气，充分排除装置中的其他气体，待样品电阻稳定后再向装置中充入待测气体氨气；样品测量电压为4伏，氨气充放气周期为240秒，其中充气和放气各120秒；充气时，关闭氮气，充入氨气；放气时，关闭氨气，充入氨气；如此反复几个周期，同时用计算机记录样品电阻R与初始电阻R0的电阻比值R/R0随时间的变化曲线，即得枝状纳米结构聚苯胺同轴纤维的气敏传感器的响应曲线，如图3所示；从图中可以看出，当氨气浓度为30ppm时，传感器的电阻已经有明显变化，电阻比值R/R0可以达到1.3，响应时间很短，约为10秒左右。

Claims (2)

1.一种枝状纳米结构聚苯胺气敏传感器的制备方法，其特征在于先用静电纺丝方法制备绝缘高分子材料聚甲基丙烯酸甲酯或PMMA纳米纤维；再将PMMA纳米纤维作为反应模板或基底浸入磺基水杨酸掺杂的聚苯胺反应液，利用原位聚合法在PMMA纳米纤维表面包裹一层导电聚苯胺，通过控制反应时间、聚合温度、苯胺单体与掺杂剂摩尔比的反应条件，在聚苯胺包裹层表面自组装形成枝状纳米结构，得到与待测气体接触面积大的同轴结构聚苯胺纤维。
2.根据权利要求1所述的枝状纳米结构聚苯胺气敏传感器的制备方法，其特征在于所述的反应液配制为用0.02摩尔的苯胺、0.02摩尔的过硫酸氨或称氧化剂、0.01摩尔的磺基水杨酸或称掺杂剂和100毫升的去离子水配成聚苯胺反应液；所述的反应时间为6～7小时，苯胺单体与掺杂剂的摩尔比为2∶1。
CN2012100052219A 2012-01-10 2012-01-10 一种枝状纳米结构聚苯胺气敏传感器的制备方法 Pending CN102561042A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012100052219A CN102561042A (zh) 2012-01-10 2012-01-10 一种枝状纳米结构聚苯胺气敏传感器的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012100052219A CN102561042A (zh) 2012-01-10 2012-01-10 一种枝状纳米结构聚苯胺气敏传感器的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102561042A true CN102561042A (zh) 2012-07-11

Family

ID=46407535

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2012100052219A Pending CN102561042A (zh) 2012-01-10 2012-01-10 一种枝状纳米结构聚苯胺气敏传感器的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102561042A (zh)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103572606A (zh) * 2012-08-07 2014-02-12 嘉兴学院 具有核-壳结构的复合多孔纤维及双重孔结构膜制备方法
CN104250859A (zh) * 2013-06-27 2014-12-31 中国科学院大连化学物理研究所 一种制备壳层为聚苯胺的电纺丝的方法
CN105332136A (zh) * 2015-11-27 2016-02-17 青岛大学 一种基于无溶剂电纺的导电微纳米纤维绞线及其制备方法
CN105987934A (zh) * 2015-01-28 2016-10-05 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 柔性co室温传感器及其制备方法
CN107254158A (zh) * 2017-06-09 2017-10-17 扬州大学 具有气敏效应的导电纳米复合纤维膜及其制备方法
CN107607590A (zh) * 2017-08-30 2018-01-19 吉林大学 一种基于pani@花状wo3纳米敏感材料的柔性平面式nh3气体传感器及其应用
CN108593167A (zh) * 2018-03-20 2018-09-28 武汉铂纳智感科技有限公司 一种同时感知压力与气敏的柔性电子皮肤及其制备方法
CN110453501A (zh) * 2019-08-18 2019-11-15 吕洪良 一种基于pani-pani纳米纤维复合气敏材料的制备方法
CN110453502A (zh) * 2019-08-18 2019-11-15 吕洪良 一种基于PTh-PVA纳米纤维复合气敏材料的制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1880526A (zh) * 2005-06-13 2006-12-20 中国科学院化学研究所 超疏水导电高分子纳米纤维及其制备方法和用途
CN101226161A (zh) * 2008-01-31 2008-07-23 浙江大学 聚甲基丙烯酸甲酯/聚苯胺纳米纤维复合电阻型薄膜气敏元件及其制作方法
CN101363810A (zh) * 2008-09-11 2009-02-11 电子科技大学 一种气敏传感器及其制备方法
CN101845148A (zh) * 2010-03-31 2010-09-29 北京科技大学 一种聚苯胺纳米纤维阵列的制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1880526A (zh) * 2005-06-13 2006-12-20 中国科学院化学研究所 超疏水导电高分子纳米纤维及其制备方法和用途
CN101226161A (zh) * 2008-01-31 2008-07-23 浙江大学 聚甲基丙烯酸甲酯/聚苯胺纳米纤维复合电阻型薄膜气敏元件及其制作方法
CN101363810A (zh) * 2008-09-11 2009-02-11 电子科技大学 一种气敏传感器及其制备方法
CN101845148A (zh) * 2010-03-31 2010-09-29 北京科技大学 一种聚苯胺纳米纤维阵列的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
季善坐: "静电纺丝法制备导电聚合物纳米气敏复合材料及气敏特性研究", 《浙江大学硕士学位论文》 *

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103572606A (zh) * 2012-08-07 2014-02-12 嘉兴学院 具有核-壳结构的复合多孔纤维及双重孔结构膜制备方法
CN103572606B (zh) * 2012-08-07 2016-04-20 嘉兴学院 具有核-壳结构的复合多孔纤维及双重孔结构膜制备方法
CN104250859A (zh) * 2013-06-27 2014-12-31 中国科学院大连化学物理研究所 一种制备壳层为聚苯胺的电纺丝的方法
CN105987934A (zh) * 2015-01-28 2016-10-05 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 柔性co室温传感器及其制备方法
CN105332136A (zh) * 2015-11-27 2016-02-17 青岛大学 一种基于无溶剂电纺的导电微纳米纤维绞线及其制备方法
CN107254158A (zh) * 2017-06-09 2017-10-17 扬州大学 具有气敏效应的导电纳米复合纤维膜及其制备方法
CN107254158B (zh) * 2017-06-09 2020-04-14 扬州大学 具有气敏效应的导电纳米复合纤维膜及其制备方法
CN107607590A (zh) * 2017-08-30 2018-01-19 吉林大学 一种基于pani@花状wo3纳米敏感材料的柔性平面式nh3气体传感器及其应用
CN107607590B (zh) * 2017-08-30 2019-11-08 吉林大学 基于pani@花状wo3敏感材料的柔性nh3传感器及其应用
CN108593167A (zh) * 2018-03-20 2018-09-28 武汉铂纳智感科技有限公司 一种同时感知压力与气敏的柔性电子皮肤及其制备方法
CN110453501A (zh) * 2019-08-18 2019-11-15 吕洪良 一种基于pani-pani纳米纤维复合气敏材料的制备方法
CN110453502A (zh) * 2019-08-18 2019-11-15 吕洪良 一种基于PTh-PVA纳米纤维复合气敏材料的制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102561042A (zh) 一种枝状纳米结构聚苯胺气敏传感器的制备方法
Wang et al. Crosslinked polyaniline nanorods with improved electrochemical performance as electrode material for supercapacitors
Shang et al. Self-stretchable, helical carbon nanotube yarn supercapacitors with stable performance under extreme deformation conditions
Zhang et al. A flexible ionic liquid gelled PVA‐Li2SO4 polymer electrolyte for semi‐solid‐state supercapacitors
Abdulla et al. Optical and electrical properties of thin films of polyaniline and polypyrrole
Ren et al. Twisting carbon nanotube fibers for both wire‐shaped micro‐supercapacitor and micro‐battery
Wang et al. High performance two-ply carbon nanocomposite yarn supercapacitors enhanced with a platinum filament and in situ polymerized polyaniline nanowires
Wang Preparation and application of polyaniline nanofibers: an overview
Shao et al. Fabrication of polyaniline/graphene/polyester textile electrode materials for flexible supercapacitors with high capacitance and cycling stability
Tian et al. Electromechanical deformation sensors based on polyurethane/polyaniline electrospinning nanofibrous mats
Gnanakan et al. Organic acid doped polythiophene nanoparticles as electrode material for redox supercapacitors
Li et al. A self-supported, flexible, binder-free pseudo-supercapacitor electrode material with high capacitance and cycling stability from hollow, capsular polypyrrole fibers
Zhang et al. Long-term cycling stability of polyaniline on graphite electrodes used for supercapacitors
Zhang et al. Flexible and all-solid-state supercapacitors with long-time stability constructed on PET/Au/polyaniline hybrid electrodes
Wang et al. High efficiency organosilicon-containing polymer sensors for the detection of trinitrotoluene and dinitrotoluene
WO2016087945A2 (en) Semi-metallic, strong conductive polymer microfiber, method and fast response rate actuators and heating textiles
Trevino et al. Piezoelectric properties of PVDF‐conjugated polymer nanofibers
Ma et al. Self‐healing all‐in‐one energy storage for flexible self‐powering ammonia smartsensors
Liu et al. A flexible and knittable fiber supercapacitor for wearable energy storage with high energy density and mechanical robustness
Mao et al. High-stable, outstanding heat resistance ionogel electrolyte and the poly (3, 4-ethylenedioxythiophene) electrodes with excellent long-term stability for all-solid-state supercapacitor
CN103397402A (zh) 一种掺杂离子液体导电纳米纤维的制备方法
CN104538201A (zh) 一种纺织纤维和聚吡咯纳米线复合超级电容器的制备方法
Xu et al. Synthesis and electrochemical capacitance performance of polyaniline doped with lignosulfonate
Zhu et al. Vapor-phase polymerization of fibrous PEDOT on carbon fibers film for fast pseudocapacitive energy storage
Yu et al. Flexible, fiber-shaped supercapacitors with roll-type assembly

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C12 Rejection of a patent application after its publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20120711