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数量:20 (3)合成的纳米导电聚合物气体传感应用
- *通信:
- Snehal Kargirwar,基础科学和人文学科,Fr。康西卡奥罗德里格斯理工学院,Vashi,纳孟买,印度,电话:8975145419;电子邮件:snehalkargirwar@yahoo.co.in
收到:2022年3月25日,手稿。tsijcs - 22 - 58441;编辑分配:2022年3月28日,PreQC不。tsijcs - 22 - 58441;综述:2022年4月11日,QC。tsijcs - 22 - 58441;修改后:2022年5月24日,手稿不。tsijcs - 22 - 58441;发表:2022年6月1日,DOI: 10.37532 / 0972 - 768 x.2022.20 (3) .430
引用:Snehal Kargirwar。合成的纳米导电聚合物气体传感应用。Int J化学科学。2022;20 (3):430 z
文摘
聚苯胺(PANI)涂布聚丙烯腈(PAN) (PANI / PAN)与电纺的技术和纳米纤维制备现场化学聚合。聚苯胺/ PAN纳米纤维形态和化学结构的特点是通过扫描电子显微镜(SEM)。SEM照片表明,聚苯胺作为壳层均匀,均匀表面聚合纳米纤维。的影响不同浓度的聚苯胺/甲醇和丙酮的反应锅纳米纤维传感器在室温下进行调查。聚苯胺/观察锅的敏感性增加与甲醇和丙酮的浓度的增加。
关键字
电纺的;气体传感;纳米纤维;聚丙烯腈
介绍
导电聚合物,如聚吡咯(PPy),聚苯胺(PAni), Polythiophene(素及其衍生品,作为活性层的气体传感器自1980年初以来的1]。与大多数商用传感器相比,通常基于金属氧化物和在高温下操作,传感器的进行聚合物有许多改进的特征。他们有很高的敏感性和反应时间短;特别是,这些羽毛是确保在室温下。进行聚合物很容易通过化学或电化学合成过程,及其分子链结构可以方便地通过共聚或修改结构派生。此外,进行聚合物有良好的机械性能,它允许一个简单制造的传感器。因此,越来越多的被注意到传感器从导电聚合物制造,大量的相关文章发表。有几个评论强调气体的不同方面传感器(2- - - - - -4),和其他一些传感性能的确定进行讨论聚合物(5- - - - - -7),但其中一些特别注意总结天然气传感器基于不同的导电聚合物。的进行聚合物提到的都是指内在的导电聚合物。主链由替代单键和双键,从而导致广泛π-electron接合。图1介绍了几种典型进行聚合物作为活性层气体传感器。然而,这些纯粹的电导率进行聚合物是,而低(< 105年代厘米1)。为了实现高导电聚合物,掺杂过程是必要的。掺杂的中心主题的概念进行区分聚合物从所有其他聚合物(8]。进行聚合物可以通过氧化还原反应或掺杂质子化作用,后者仅适用于聚苯胺。
图1:几种典型进行聚合物作为活性层气体传感器。
几种典型的导电聚合物
图2演示了PPy的氧化过程。一些电子从PPy脊椎通过化学或电化学氧化反应,使正电荷。产生的阳离子自由基被称为极化子,作为运营商。反离子,X−,也诱导接近平衡正电荷的聚合物链。掺杂导电聚合物是半导体或导体(σ∼100-10年5年代厘米1)。这种掺杂过程是可逆的,也就是说,掺杂PPy可以变成了纯的状态通过化学或电化学减少。
图2:演示了PPy的氧化过程。
氧化掺杂的Ppy
聚苯胺的掺杂过程是不同的。聚苯胺的结构如图1所示是一个完全减少状态。一般来说,聚苯胺链由两种类型的结构单元:醌型和苯环型的图3。这两个单位可以通过氧化还原转化为彼此。并不是所有类型的掺杂PAni导体;使质子化的聚苯胺导电只有当x: y = l: l(苯环型的醌型= 3:l)。质子的酸掺杂过程方案3 b所示。掺杂和中起重要作用,进而基于导电聚合物传感器的传感机理。
图3:一)醌型结构和苯环型的聚苯胺和B)质子的酸掺杂的过程。
材料和方法
电纺是一种有效的,相对简单低成本方法生产聚合物和复合纤维直径从几纳米到几个微米通过应用高电压从micro-syringe聚合物溶液或熔体喷射泵(9- - - - - -11]。通过电纺的组装生产的超细纤维的三维结构纤维膜可控孔隙结构和较高的比表面积。电纺的过程的原理和典型的电纺纤维的扫描电镜图片所示图4。电纺是一种特殊的电喷射过程使用一个静电场形成和加速液体飞机从一根针的尖端12- - - - - -13]。表面的半球形液滴悬浮在平衡将扭曲成一个锥形形状在外部电场的存在。这种扭曲是由于排斥力的平衡带来表面上的感应电荷分布与液体的表面张力下降(14]。稳定的液体喷射可以驱逐和加速如果外加电压超过这个临界电压。射流破裂成液滴的纵向瑞利表面张力的情况下造成的不稳定性低粘度液体。这个过程被称为电喷射的应用程序需要气溶胶由亚微米的液滴与窄分布(15- - - - - -16]。高粘度液体、聚合物解决方案或融化,飞机不分手,但旅行飞机停飞的目标。横向不稳定或倾斜喷射成两个或两个以上的小飞机的观察到由于径向电荷斥力。这个过程称为“电纺”和它产生的聚合物和复合纤维直径在亚微米尺度1。
图4:电纺的。
1.2 g的聚丙烯腈溶解在10毫升二甲基甲酰胺和磁搅拌1小时得到齐次解。聚丙烯腈溶液被加载到5毫升一次性塑料注射器与0.5毫米直径的金属针电旋转。在电纺的过程在室温下在空气中,美联储的解决方案是使用计算机控制尖注射泵的流量0.2毫升的h。正电压20 KV包含解决方案应用于注射器的针头和金属板包装铝箔是建立和保持在15厘米的距离从针头的注射器。收集电纺纳米纤维的导电箔(铝)。电纺后,潘纳米纤维的非织造布膜干60岁0c .进一步制备聚丙烯腈纳米纤维聚苯胺形成用于涂层锅/聚苯胺纳米纤维混合使用——原位化学氧化聚合过程中浸渍涂敷。
在典型的聚合过程中,0.4 M盐酸加入100毫升去离子水,搅拌30分钟。这是分成两个相等的部分,每50毫升。0.4苯胺被添加到一个部分,并且彻底激起了“a”形成一个稳定的解决方案。0.4过硫酸铵加入第二部分和搅拌彻底解决方案B。干聚丙烯腈纤维沉浸在烧杯中的解决方案A和B的解决方案是添加删除从滴定管智慧不断搅拌形成的解决方案“C”保持在室温下稳定的18个小时。解决“C”变成了深绿色。聚丙烯腈纤维也涂上绿色的彩色合成。纤维被删除的解决方案,用蒸馏水前彻底清洗干燥,享年80岁oC。
结果与讨论
扫描电镜
SEM图像的纯锅和盘/聚苯胺纳米纤维混合所示图5 a和b。纯锅展品长和均匀薄纳米纤维比锅/聚苯胺纳米纤维。白颜色的聚苯胺涂层的锅可以看到纳米纤维确认锅/ PANI的形成与增加直径比纯粹的锅。
图5:)。SEM图像的纯,b)。SEM图像锅/聚苯胺混合。
气体传感
气体传感器是一种检测装置存在的不同气体在一个地区,特别是气体可能会有害于人类或动物。气体传感器技术的发展问题受到越来越多的重视,近年来环境污染监测。众所周知,化学气体传感器性能等特性灵敏度、选择性、时间响应、稳定性、耐用性、再现性、可逆性在很大程度上是受到传感材料的属性(17- - - - - -19]。各种各样的材料,如聚合物(20.,21),半导体(22,23)、碳石墨(24,25),和有机/无机复合材料(26,27)被用作传感材料检测目标气体基于多种传感技术和原则。值得注意的是,化学气体的灵敏度传感器强烈影响传感材料的比表面积(28,29日]。更高的传感材料比表面导致传感器灵敏度更高,因此许多技术(30.- - - - - -32)采取了增加传感电影的比表面精细结构,特别是形成纳米结构,利用纳米材料的大比表面积。
合成锅/聚苯胺纳米纤维混合气体分子被用作分析物的受体。暴露的装配式PAN / PANI传感器显示观察电阻随着温度的增加甲醇和丙酮。混合的聚苯胺层充当主动传感层和显示电阻率的变化对分析物吸附气体分子。锅/ PANI传感器的灵敏度计算对甲醇和丙酮气体是获得不同浓度图6 a和b分别。这是观察到传感器的敏感性增加甲醇和丙酮的浓度更高。值得一提的是,在室温附近虽然灵敏度最高工作温度与浓度略有不同。同时,传感器的灵敏度随甲醇和丙酮的浓度增加而增大。传感机制是由质子化作用和去质子化现象。混合的电阻率增加,甲醇的存在由于减少或进而电荷载体的表面吸附的甲醇混合。灵敏度因子被发现195和212分别为100和200的甲醇在31日的高温0 c和330 c分别。丙酮,敏感性因素是获得261年和270年的100 ppm,在气温34 200 ppm°C和36°C分别。阴谋的响应(Rg / Ra)和恢复分析物气体传感器的甲醇和丙酮对时间所示图7,分别。可以看出,传感器的响应增加提高甲醇和丙酮的浓度最高的响应丙酮的200 ppm。一块响应和显示了两种气体的浓度数字8 - 10(表1和2)。
图6:锅/聚苯胺混合传感器的灵敏度在不同浓度甲醇。
图7:锅/聚苯胺混合传感器的灵敏度在不同浓度丙酮。
图8:聚苯胺混合反应和恢复盘/传感器在不同浓度甲醇。
图9:聚苯胺混合反应和恢复盘/传感器在不同浓度甲醇。
图10:阴谋的敏感性与PAN /聚苯胺的浓度甲醇和丙酮的混合传感器。
表1。的对比灵敏度、响应时间、恢复时间和操作温度- PAN /聚苯胺纳米纤维混合合成甲醇。
| 传感材料 | Operatingtemperature(°C) | 灵敏度(%) | Responsetime (s) | Recoverytime (s) |
|---|---|---|---|---|
| 锅/聚苯胺混合 | 33oC | 212年 | 10秒 | 50秒 |
表2。的对比灵敏度、响应时间、恢复时间和操作温度as-synthesized锅/ PANI为丙酮混合纳米纤维。
| 传感材料 | Operatingtemperature(°C) | 灵敏度(%) | Responsetime (s) | Recoverytime (s) |
|---|---|---|---|---|
| 锅/聚苯胺混合 | 36oC | 270年 | 20秒 | 20秒 |
传感机制
由于盐酸作为掺杂剂在聚合在这个工作中,聚苯胺的形式获得鲜绿的盐。当暴露在传感、甲醇HCL分子捐赠H+离子的聚苯胺链,从而增加带正电的航母数量的材料。这个过程称为质子化作用并给出了双极化子由于掺杂的聚苯胺和过剩导致减少传感器的电阻率。随着浓度的分析物甲醇,归因于敏感性增加扩散更多的甲醇分子进入纤维浓度更高。另一方面,当传感器暴露在丙酮、发生去质子化。丙酮气体分子的氢原子NH聚苯胺链的形式4+铵离子。鲜绿的盐形式的PANI从而改变成鲜绿的基础形式降低航空公司的数量。这导致减少的数量极化子和传感器的电阻率增加。这里也发现敏感性增加,增加浓度的丙酮表明丙酮分子扩散到纤维浓度更高。响应和恢复时间被定义为时间达到90%的电阻变化分别接触和去除气体。
结论
锅/聚苯胺混合纳米纤维已经被电纺的,浸涂聚合合成成功。锅/聚苯胺混合形成的证实了扫描电镜分析。锅/聚苯胺的研究混合作为甲醇和丙酮的传感器灵敏度的气体的浓度增大而增大。锅/ PANI的操作温度对甲醇和丙酮混合气体传感器室温附近被发现。这些结果,低响应时间,确认准备的材料作为一个潜在的可能使用甲醇和丙酮的候选人传感环境监测安全系统,化工、汽车工业和医疗应用领域。
确认
作者感谢VNIT SEM图像,也感谢科学研究所,孟买的传感特性。
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