CN110499647A - 一种基于PPy-PMMA纳米纤维复合气敏材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及复合气敏材料制备技术领域，且公开了一种基于PPy‑PMMA纳米纤维复合气敏材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一，采用静电纺丝法制备PMMA纳米纤维；步骤二：采用溶液原位聚合法在PMMA纳米纤维表面聚合生成具有离域π电子共轭体系的导电聚合物聚吡咯PPy。本发明解决了目前现有的基于静电纺丝法所制备的PPy纳米纤维在运用到气体传感器时，一直存在电极基底与PPy纳米纤维气敏材料的接触电阻较大，难以测定气体的技术问题。

Description

一种基于PPy-PMMA纳米纤维复合气敏材料的制备方法
技术领域
本发明涉及复合气敏材料制备技术领域，具体为一种基于PPy-PMMA纳米纤维复合气敏材料的制备方法。
背景技术
聚吡咯(PPy)导电聚合物是具有离域π电子共轭体系的聚合物，当其掺杂后，电子或者空穴注入到单双键交替排列形成的超轨道中，使其具有导电性，并且可以通过调节掺杂程度来调节导电率大小；而当掺杂后的PPy导电聚合物与气体分子接触后，吸附的气体分子可以从其主链上得到或者失去电子，使掺杂状态发生改变而影响导电率大小，导电性能发生的改变通过转换器件将其转换为可输出的电信号，即可实现检测气体的技术目的。
而基于静电纺丝法得到的PPy纳米纤维和传统的薄膜或者多孔材料相比，具有更大的比表面积体积比，因此有利于气体的吸附和脱吸附，可以提高气体传感器的响应特性，如响应时间、灵敏度和稳定性等。但是基于静电纺丝法所制备的PPy纳米纤维在运用到气体传感器时，一直存在传感器的基底和PPy纳米纤维的接触电阻较大，导致难以测定的问题。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于PPy-PMMA纳米纤维复合气敏材料的制备方法，解决了目前现有的基于静电纺丝法所制备的PPy纳米纤维在运用到气体传感器时，一直存在电极基底与PPy纳米纤维气敏材料的接触电阻较大，难以测定气体的技术问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于PPy-PMMA纳米纤维复合气敏材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：采用静电纺丝法制备PMMA纳米纤维；
步骤二：采用溶液原位聚合法在PMMA纳米纤维表面聚合生成具有离域π电子共轭体系的导电聚合物聚吡咯PPy。
优选的，所述步骤一中，静电纺丝以铜板为收集板，在收集板上沉积静电纺丝制得PMMA纳米纤维。
优选的，所述步骤一中，静电纺丝电压为40KV、溶液流速为0.4～1.2ML/h。
优选的，所述掺杂酸包括甲苯磺酸TSA、磺基水杨酸SSA、盐酸HCl中的一种或几种。
(三)有益的技术效果
与现有技术相比，本发明具备以下有益的技术效果：
本发明先采用静电纺丝法制备PMMA纳米纤维，再采用溶液原位聚合法在PMMA纳米纤维表面生成具有离域π电子共轭体系的导电聚合物聚吡咯PPy，PMMA纳米纤维表面的聚吡咯PPy有效地降低了电极基底与PMMA纳米纤维气敏材料的接触电阻；
经测试，本发明的PPy-PMMA纳米纤维复合气敏材料对100ppm NO2气的响应时间为21～27s、响应灵敏度为85～89％，与对比例中的PMMA纳米纤维气敏材料对100ppmNO2气的响应时间为88s、响应灵敏度为38％相比，取得了显著提高PMMA纳米纤维在运用到气体传感器时的响应性能的技术效果。
具体实施方式
实施例一：
基于PPy-PMMA纳米纤维复合气敏材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将装有0.5g/mL聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液的注射器固定在注射泵上，注射器注射针头与高压直流电源的阳极相连，以铜板为收集板、并接地作为阴极，将尺寸为18mm×18mm的盖玻片置于铜板上，在其上沉积静电纺丝制得PMMA纳米纤维；
其中，静电纺丝电压为40KV、溶液流速为0.4ML/h、针头和收集板之间的距离为15cm；
步骤二：在50mL去离子水中加入1.5mL吡咯(0.05M)，0.4g过硫酸铵(0.25M)和1.5mL由对甲苯磺酸TSA(0.05M)、磺基水杨酸SSA(0.05M)、盐酸HCl(0.05M)组成的掺杂酸，搅拌30min；
之后，将步骤一制备的沉积有PMMA纳米纤维无纺布的盖玻片放置其中，PMMA薄膜悬浮在液面，在室温下聚吡咯将同时在溶液和纤维表面进行聚合，聚合60min后，将表面沉积有PPy的PMMA无纺布薄膜取出，并用由对甲苯磺酸TSA(0.05M)、磺基水杨酸SSA(0.05M)、盐酸HCl(0.05M)组成的掺杂酸溶液洗涤，除去电极表面聚吡咯颗粒和残余的试剂，得到PPy-PMMA纳米纤维复合气敏材料。
实施例二：
基于PPy-PMMA纳米纤维复合气敏材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将装有1.0g/mL聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液的注射器固定在注射泵上，注射器注射针头与高压直流电源的阳极相连，以铜板为收集板、并接地作为阴极，将尺寸为18mm×18mm的盖玻片置于铜板上，在其上沉积静电纺丝制得PMMA纳米纤维；
其中，静电纺丝电压为40KV、溶液流速为0.8ML/h、针头和收集板之间的距离为15cm；
步骤二：在50mL去离子水中加入2mL吡咯(0.5M)，0.4g过硫酸铵(0.25M)和1.5mL由对甲苯磺酸TSA(0.5M)、磺基水杨酸SSA(0.5M)、盐酸HCl(0.5M)组成的掺杂酸，搅拌60min；
之后，将步骤一制备的沉积有PMMA纳米纤维无纺布的盖玻片放置其中，PMMA薄膜悬浮在液面，在室温下聚吡咯将同时在溶液和纤维表面进行聚合，聚合80min后，将表面沉积有PPy的PMMA无纺布薄膜取出，并用由对甲苯磺酸TSA(0.5M)、磺基水杨酸SSA(0.5M)、盐酸HCl(0.5M)组成的掺杂酸溶液洗涤，除去电极表面聚吡咯颗粒和残余的试剂，得到PPy-PMMA纳米纤维复合气敏材料。
实施例三：
基于PPy-PMMA纳米纤维复合气敏材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将装有1.5g/mL聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液的注射器固定在注射泵上，注射器注射针头与高压直流电源的阳极相连，以铜板为收集板、并接地作为阴极，将尺寸为18mm×18mm的盖玻片置于铜板上，在其上沉积静电纺丝制得PMMA纳米纤维；
其中，静电纺丝电压为40KV、溶液流速为1.2ML/h、针头和收集板之间的距离为15cm；
步骤二：在50mL去离子水中加入1mL吡咯(0.05M)，0.2g过硫酸铵(0.25M)和2mL由对甲苯磺酸TSA(0.25M)、磺基水杨酸SSA(0.25M)、盐酸HCl(0.25M)组成的掺杂酸，搅拌60min；
之后，将步骤一制备的沉积有PMMA纳米纤维无纺布的盖玻片放置其中，PMMA薄膜悬浮在液面，在室温下聚吡咯将同时在溶液和纤维表面进行聚合，聚合90min后，将表面沉积有PPy的PMMA无纺布薄膜取出，并用由对甲苯磺酸TSA(0.25M)、磺基水杨酸SSA(0.25M)、盐酸HCl(0.25M)组成的掺杂酸溶液洗涤，除去电极表面聚吡咯颗粒和残余的试剂，得到PPy-PMMA纳米纤维复合气敏材料。
对比例：
基于PMMA纳米纤维气敏材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将装有0.5g/mL聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液的注射器固定在注射泵上，注射器注射针头与高压直流电源的阳极相连，以铜板为收集板、并接地作为阴极，将尺寸为18mm×18mm的盖玻片置于铜板上，在其上沉积静电纺丝制得PMMA纳米纤维；
其中，静电纺丝电压为40KV、溶液流速为0.4ML/h、针头和收集板之间的距离为15cm。
性能测试：
将实施例中制备的PPy-PMMA纳米纤维复合气敏材料与对比例中制备的PMMA纳米纤维气敏材料制成气敏元件，对气敏元件的气敏性能进行测试，结果如下表1。
表1
产品编号 对100ppm NO<sub>2</sub>的响应时间(s) 对100ppm NO<sub>2</sub>的响应灵敏度(％)
实施例一 23 87
实施例二 27 85
实施例三 21 89
对比例 88 38

Claims (4)

1.一种基于PPy-PMMA纳米纤维复合气敏材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：采用静电纺丝法制备PMMA纳米纤维；
步骤二：采用溶液原位聚合法在PMMA纳米纤维表面聚合生成具有离域π电子共轭体系的导电聚合物聚吡咯PPy。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，静电纺丝以铜板为收集板，在收集板上沉积静电纺丝制得PMMA纳米纤维。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，静电纺丝电压为40KV、溶液流速为0.4～1.2ML/h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述掺杂酸包括甲苯磺酸TSA、磺基水杨酸SSA、盐酸HCl中的一种或几种。
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CN102443870A (zh) * 2011-09-13 2012-05-09 青岛大学 一种有序排列同轴结构微纳米纤维的制备方法
CN104894750A (zh) * 2015-06-16 2015-09-09 青岛大学 一种力敏可拉伸电纺图案化导电纳米纤维膜及其制备方法
CN106501323A (zh) * 2016-11-10 2017-03-15 合肥铭志环境技术有限责任公司 一种用于多种气体检测的复合纳米纤维气敏材料及其制备方法

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Title
朱道本等: "《有机固体》", 31 December 1999 *

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