《聚電解質納米複合濕敏材料和濕度感測器》是依託浙江大學，由李揚擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：聚電解質納米複合濕敏材料和濕度感測器
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：李揚
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
設計合成具有可交聯結構的聚電解質濕敏材料，採用靜電紡絲法將其製成納米濕敏膜，並通過原位聚合實現與聚苯胺、聚吡咯等的良好複合，獲得電阻型高分子納米複合濕敏材料。利用多層、多孔納米纖維濕敏膜加快回響，減小濕滯，提高靈敏度；通過形成交聯結構濕敏膜，提高穩定性；利用聚苯胺等良好的導電性，降低複合膜在低濕下電阻，實現低濕環境測定。在金叉指電極上直接沉積聚電解質/導電高分子納米複合濕敏膜，製備具有回響靈敏度高、濕滯小、回響快、穩定性好、可測量低濕環境濕度並實現全濕度範圍檢測的高性能電阻型濕度感測器。研究高分子納米複合濕敏材料的濕度回響特性，闡明複合物組成結構、形貌等對其濕敏回響特性影響的規律性，最佳化其組成結構形貌。通過復阻抗譜研究等探討濕敏回響機理，建立理論模型，為設計具有優異回響特性的電阻型高分子濕敏材料和濕度感測器提供理論依據和指導。
結題摘要
採用靜電紡絲等方法製備了系列聚電解質納米複合濕敏材料和感測器，包括：（1）以聚苯乙烯磺酸為軟模板的可分散聚苯胺納米粒子複合敏感材料及電阻型、聲表面波型和聲表面波-阻抗型濕度感測器；（2）以聚離子液體為穩定劑的可分散聚吡咯納米粒子與交聯季胺化聚（4-乙烯基吡啶）複合濕敏材料及電阻型濕度感測器；（3）線性和交聯結構含矽聚電解質與石墨烯複合物，以及交聯季胺化聚（4-乙烯基吡啶）與碳納米管和銀納米粒子複合濕敏材料和電阻型濕度感測器。採用紅外、核磁、GPC、XRD、Raman光譜、掃描和透射電鏡，原子力顯微鏡等手段表征了濕敏材料組成結構形貌，研究了製備的濕度感測器的濕敏回響特性。首次提出在靜電紡絲法製備納米纖維中，通過形成適當比例的紡錘體作為“焊點”，可提高納米纖維與電極表面接觸，降低接觸電阻。製備的納米纖維電阻型濕度感測器具有回響靈敏度高，回響快，濕滯小、穩定性好等優點，提出了納米纖維感測器獨特的敏感機理和物理模型。採用靜電紡絲法製備的具有核鞘結構的聚苯胺納米纖維聲表面波型濕度感測器，可靈敏監測低至0.5%RH的低濕環境，從而實現全濕度量程回響，同時其具有高靈敏度回響（75 kHz/%RH）和超快回響（吸濕和脫濕時間為1秒和2秒），是目前報導回響最快的濕度感測器之一。首次將構建的新型聚苯胺納米複合聲表面波-阻抗型感測器用於濕度檢測，它可結合阻抗型感測器和聲表面波感測器的優點，將敏感材料阻抗隨濕度變化轉化為頻率變化回響，實現了對於低至0.2%RH的濕度環境的靈敏檢測，分析了其回響機理。聚電解質與不同維數無機納米導電材料複合濕敏材料均可顯著降低感測器在低濕環境下電阻，實現低濕環境，以及全濕度範圍的靈敏檢測。提出了其基於不同導電網路的濕敏回響機理。此外，採用靜電自組裝法和水熱法，分別製備了聚苯胺/二氧化鈦納米超薄膜氣體材料以及二氧化錫/石墨烯納米複合氣敏材料，構建了電阻型氣體感測器，實現了對於低濃度氨氣的室溫下靈敏、可逆回響，解決了無機納米氣敏材料檢測溫度高的問題，並提出了相應的氣敏回響機理。建立完善了濕度回響測試系統，實現了對於環境溫度和濕度，特別是對於極低濕度環境的精確測量與控制。研究獲得了多種具有回響靈敏度高、回響快、濕滯小、可測定低濕環境以致實現全量程測定的高性能濕敏材料和濕度感測器，並闡明其回響機理，為研製開發新型納米結構濕敏材料和濕度感測器提供了有益借鑑。
