1、聚苯胺基膜的制备及气敏特性的研究,研究意义实验分析及讨论结论,研究意义,聚苯胺()技术2气体传感器,聚苯胺(),近年来对导电聚合物的研究越来越引起人们的高度重视.在导电聚合物中,聚苯胺()独特的热稳定性、易于制备以及对气体的敏感性等特殊性能使之具有诱人的发展前景.研究聚苯胺有序多层膜的相关特性对于它在分子电子器件及化学传感器件等方面的应用具有非常重要的价值.,技术, ()技术是制备聚苯胺超薄有序多层膜的方法之一.它具有分子尺度排列取向和人工分子组装的特点,同时膜的组分、压力、厚度等条件都可以严格加以控制,由此制成的敏感膜较一般的敏感膜具有更好的敏感性和更快的响应性,并可在常温下工作,因而更具有
2、应用价值.,2气体传感器,同时,由于二氧化氮(2)气体是大气中对环境和人类健康危害十分严重的污染物,因此研制简便使用、成本低的2气体传感器是近几年气体传感器领域中最重要的研究课题之一.,实验,LB膜制备工艺特性测试方法,材料准备,以-甲基吡咯烷酮()作为溶剂,配制两种铺膜液:其一为聚苯胺的溶液(/)其二为聚苯胺与乙酸()以101的比例混合的溶液(-/).其浓度为0.1/.在拉膜槽中,以去离子水作为亚相溶液,保持一定的亚相P值,对于纯聚苯胺和聚苯胺与乙酸的混合溶液分别为6.0和4.0,实验准备,-1型拉膜机石英和硅片作为基片/ 膜和-/膜的相关特性进行研究.为了便于电特性的测量,硅片上刻有间距为
3、20的叉指电极.,特性测试方法,采用1100紫外 可见( )分光光度计对不同层数的膜进行吸收光谱的测量,以便研究聚苯胺基膜的光谱特性.并采用116型椭偏仪对聚苯胺单分子膜的厚度进行测量,以检验制备聚苯胺膜是否在纳米数量级范围.2气体由(3)2固体粉末加热分解制得.在膜气敏特性的测试中,使用的气体相对百分比为110-6到20010-6.通过对电阻的相对变化进行测量来研究聚苯胺基膜对2的敏感特性和响应特性.,分析及讨论,-A曲线 光谱图NO2敏感特性,-A曲线(表面张力-单分子平均面积等温线),面积等温线.当单分子层稳定紧密地排列在亚相上时,/的单分子面积为0 0772.而-/的单分子面积为0 2
4、52.但是这两种单分子层的提膜压却非常接近,前者为18.5/,后者为20/.,a:/溶液b: /溶液,膜的成膜条件为:纯聚苯胺亚相=6 0;聚苯胺与乙酸的混合亚相=4 0;亚相温度20;提膜速度1/;成膜沉积方式为型.,PAN/NMP LB膜的 光谱图,320左右出现了由-跃迁引起的吸收峰在600左右出现了由主链上醌环所产生的激子吸收峰.,PAN-AA/NMP LB膜的 光谱图,随沉积层数的增加,吸光率接近线性增加,根据布格-朗伯定律,说明随着沉积层数的增加,薄膜的厚度基本线性增加,即每次聚苯胺及聚苯胺与乙酸的混合溶液转移到基片上的量几乎相等,转移比约为0 8聚苯胺膜的厚度可以通过沉积次数、沉
5、积速度以及铺膜液在液面上铺展的均匀程度来加以控制.,椭偏仪测得:/单分子层厚度约为6 15, /单分子层厚度约为5 85,均在纳米数量级范围.,LB膜层数对NO2敏感特性的影响,发现纯聚苯胺膜对2具有较好的敏感性.聚苯胺膜的敏感性及响应时间与膜的层数有密切关系随层数的增加,对2的响应时间逐渐增长.膜越薄,与气体的接触越充分,被氧化的程度也越高,因而对气体的响应也就越快.同层的/膜较 /膜具有更快的响应.,响应特性,气敏响应恢复特性,将15层聚苯胺膜放在相对百分比为2010-62气体中,连续测量其响应与恢复特性,发现-/膜的恢复特性不可逆;而/膜在低浓度下具有一定的可逆性.每次排气后的初始恢复时
6、间(恢复到稳定值的90%所需的时间)都较快,但是完全恢复需要较长的时间,PAN/NMP传感器敏感特性,PAN-AA/NMP传感器敏感特性,敏感机理讨论,聚苯胺不同于一般的导电聚合物,它的电导主要决定于两个因素:质子化程度和氧化程度.为了提高聚苯胺的导电性,不仅可以采取质子化掺杂，而且还可采取氧化掺杂.由于2是一种氧化性气体,当聚苯胺膜置于其中时,这种氧化性气体与聚苯胺中的- 电子体系接触,电子可能发生从聚苯胺向2气体中的转移.聚苯胺将带正电荷,增加了作为 型半导体的聚苯胺中的空穴浓度,导电性提高,因而在刚接触2时,电阻很快减小.但是随着2气体浓度的增加和氧化时间的增长,氧化程度也将极大地增加,这便会改变聚苯胺原先半氧化半还原的状态,使之成为更高的氧化态,此时的导电性反而会降低(这是因为当聚苯胺处于半氧化半还原的掺杂状态时电导率最高,氧化和还原程度的过度提高都将使电导率下降),因此/膜在与气体接触一段时间后电阻反而升高,但其并不超过在空气中的电阻,参见前面2个图.因而可通过测定聚苯胺膜在2气体中电阻的变化来检测聚苯胺膜的气敏特性.,
