基于高分子/MXene复合材料气体传感器的制备与性能研究
近年来，由于需要进行空气质量监测、公共卫生保健以及保障食品安全等，可用于有效检测有毒有害气体的高灵敏度气体传感器在现代社会中的需求日益增长。然而，市面上常见的半导体传感器仍然存在一些关键问题，例如操作温度较高、灵敏度低以及寿命短。因此，开发一种灵敏度高、检测范围宽、选择性高、稳定性好的检测有毒有害气体的室温气体传感器非常重要。本文基于二维材料MXene优异的气体传感特性，将其与导电高分子材料以及金属氧化物复合，制备了两种高性能的室温气体传感器。具体研究内容如下: 1.通过静电纺丝制备了可降解的聚乳酸/聚己内酯(PLA/PCL)纳米纤维膜，Plasma处理纤维膜后表面包覆二维材料MXene，然后通过浸泡法在MXene表面包覆聚苯胺(PANI)，制备出了MXene/PANI复合纤维膜。MXene/PANI复合纤维膜组装的传感器表现出对氨气优异的响应性能和稳定性，传感器对100ppbNH3的响应时间为42s和回复时间为48s，室温下的检测范围为0.1-100ppm。传感器可以在复杂的气体环境中识别NH3，选择性好。传感器还具有优异的稳定性，可以较长时间的使用，且可在不同湿度条件下稳定工作。 2.通过在纱窗表面静电纺丝聚丙烯腈(PAN)纤维构造相互连通框架作为传感器的柔性基底，接着通过表面氧化处理二维材料MXene，使其表面原位生成TiO2，制备TiO2/MXene纳米复合材料。MXene可以通过超分子相互作用包覆在PAN表面，形成三维网络传感膜。将TiO2/MXene三维网络传感膜组装成气体传感器，可以在室温下对NO2进行检测。该传感器可以检测到浓度在0.5-10ppm的范围内的NO2气体，并显示出优异的传感响应性、循环稳定性以及选择性。
复合材料;气体传感器;MXene;静电纺丝;金属氧化物;高分子材料
北京化工大学
硕士
材料工程
万鹏博;漆奇
2021
中文
TB332;TP212
2021-09-06（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）