聚苯胺纳米纤维因其高比表面积、高载流子迁移率和可逆的氧化/还原化学特性,在气体传感器领域内展现出良好的应用前景。目前的合成方法中,虽然无模板法克服了模板法去除模板过程容易损伤材料的纳米结构、后处理复杂等缺陷,但所对应的反应大都在较低的反应浓度下进行,可控性也较差。本论文提出一种自由流动聚合法,将苯胺氧化反应限制在管状空间,并通过自由流动来增强纳米纤维的取向。主要研究内容与研究成果如下:(1)聚苯胺自由流动聚合条件的优化:将苯胺单体溶液与引发剂溶液引入反应管中,其混合液自由流动并在流动过程中发生氧化反应,进而生成聚苯胺纳米纤维。考察了苯胺浓度、收集容器中有机溶剂的种类、反应时间、反应管的管径与管长、高度差和苯胺与氧化剂配比对聚苯胺氧化聚合反应的影响,通过紫外一可见光谱监测反应的进程,利用场发射扫描电镜观察产物的形貌,通过考察所得产物的产率、电导率以及能带带隙,优化聚苯胺自由流动聚合条件。研究表明所制备的聚苯胺多以纳米纤维形貌出现,反应管管径、管长和高度差对聚苯胺的聚合反应影响较大;随着苯胺浓度的增加,纳米纤维的长度增加,电导率和产率增大;收集容器内丙酮等有机溶剂的存在会在一定程度上抑制反应的进行;适当延长反应时间有利于纳米纤维生长。(2)聚苯胺纳米纤维的结构与性能:分别采用红外光谱、激光显微拉曼、X射线衍射及热失重分析法研究了聚苯胺的化学结构、结晶性能以及热学特性。研究表明制备的聚苯胺多为半极化子结构,存在一些完全氧化结构。随着苯胺浓度的增大,产物的共轭长度增加,结构更加完善,但在低浓度下得到的聚苯胺纳米纤维具有更高的热稳定性。减小流动管的管径有利于限制聚合反应空间和控制流动取向,但也对聚苯胺的掺杂等过程造成阻碍。延长反应管管长和适当延长反应时间利于得到结构更为完善,规整度更高的纳米纤维,在不同的高度差下管中进行的反应情况不同,高度差较小时,流动受阻,但能得到结构较为完善的纳米纤维,而较大高度差则对应着低结晶聚苯胺。(3)聚苯胺纳米纤维的气敏特性:将聚苯胺纳米纤维沉积到插指电极上,研究其对不同有机蒸气的传感特性。研究表明聚苯胺纳米纤维对甲醛、氯仿、丙酮、甲醇、苯和氨气都能够产生响应,发生化学电阻变化,且对氨气的响应系数远大于其他气体。着重研究了聚苯胺纳米纤维对氨气的响应行为,评价了其响应时间、回复时间、循环稳定性和重复性,并分析了聚苯胺纳米纤维对氨气的响应机理。本论文提出了一种简单有效的制备聚苯胺纳米纤维的方法,整个过程主要在水相中进行,无需借助任何模板和繁琐的后处理;聚苯胺的结构与性能可以通过反应管的管长、管径和反应时间等条件进行调控,作为可挥发性的有机化合物的传感材料具有良好的应用前景。