导电高分子纳米纤维膜的制备及其气敏效应研究

来源 :扬州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gjj19901005
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通过静电纺丝技术制备的高分子纳米纤维膜,具有孔隙率高,比表面积大,柔性好,质量轻等优点。本论文通过超声驱动使碳纳米填料均匀地在纤维表面组装,形成导电网络,进而获得具有一维纳米纤维网络的柔性导电高分子纳米纤维膜材料。研究发现碳纳米填料的引入可以提高高分子纤维膜的综合性能,并具有良好的有机蒸汽气敏响应行为。研究材料多层级结构与其性能之间的关系,并探究其气敏效应和机制。论文主要包括以下三个部分:1.首先通过静电纺丝制得聚氨酯(PU)/聚醚砜(PES)纳米纤维膜,碳纳米管(CNT)在超声作用下锚定在PU/PES纳米纤维表面得到导电纳米纤维膜材料。CNT均匀分布在纳米纤维表面,有利于导电网络的形成。所获得的纤维膜材料逾渗值低至0.056vol%,并且在CNT含量为0.85v0l%时,电导率可以达到2.S m-1。此外,CNT的引入增加了纳米纤维膜的拉伸强度和弹性模量。由于不同溶剂蒸汽对聚合物纳米纤维的溶解度不同,PU/PES/CNT具有良好的气体选择性。当把纤维膜置于饱和丙酮蒸汽时,响应强度(R1)可达到?8.8×102,而响应速率(RR)仅为9s。当样品从蒸汽中取出置于空气中时,电阻能够恢复到原始值,并且经过十次循环测试后最大响应强度(R1)仍保持90%,表现出良好的响应稳定性。2.通过静电纺丝制得聚氨酯(PU)/聚(苯乙烯-丁二烯)嵌段共聚物(SEBS)共混纳米纤维,之后碳纳米纤维(CNF)在超声作用下修饰在PU/SEBS纳米纤维表面,得到双网络结构的柔性且超疏水的纳米纤维膜。CNF具有高石墨化程度,其引入不但提高了纳米纤维膜的机械和导电性能,而且赋予了其超疏水特性。得到的超疏水PU/SEBS/CNF纳米纤维膜可以耐腐蚀性(酸,碱,盐溶液)溶液的侵蚀,电导率和疏水性显示出良好的循环稳定性。此外,纳米纤维膜材料在较大湿度环境中其电导率也可以保持稳定,且导电纳米纤维膜对极性和非极性蒸汽都具有气敏效应,显示出优异的循环响应性能。3.首先通过静电纺丝制备PU/SEBS纳米纤维,通过超声作用将酸化的碳纳米管(ACNT)修饰在PU/SEBS纳米纤维表面,然后经过甲基三氯硅烷(MTS)的水解处理得到PU/SEBS/ACNT/MTS纳米纤维膜材料。MTS在ACNT表面上水解产生的纳米结构的聚硅氧烷颗粒增加了材料表面粗糙度构筑了多层级结构,赋予纳米纤维膜超疏水特性,最大接触角可达155°。此外,引入的ACNT和聚硅氧烷增加了纤维膜的机械性能。PU/SEBS/ACNT/MTS纳米纤维膜材料具有的多孔结构和良好的柔性,可以检测和区分不同的有机溶剂蒸汽。当把纤维膜分别置于丙酮,甲苯和庚烷蒸汽时,响应强度(R1)分别约为 2.8,1.4 和 1.1。
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