聚苯胺—碳纳米管内修饰复合材料的制备及气体传感器的应用

【摘要】碳纳米管内部修饰在近些年受到极大的关注和研究热情，通过在碳纳米管中填充各种材料，前人发现了各种新的纳米形貌，物质的化学和物理性质在纳米尺度限制下发生了改变，如稳定性增加，催化性能提升等。从而让碳纳米管内部修饰的复合物有各种潜在的优势和应用。在本文中，我们使用了一种利用多壁碳纳米管的多孔薄膜提供离子扩散通道，通过反应物离子的对扩散的方法合成出内部修饰有聚苯胺的碳纳米管整列复合物。在此反应中，碳纳米管内径在15纳米左右，管外部的阵列缝隙被环氧树脂完全填充，所以碳纳米管内部孔道为苯胺单体和引发剂反应的唯一通道，从而可以使反应出的聚苯胺高效可控的修饰在碳纳米管内部。文中的能量过滤像(EFTEM)和拉曼光谱进一步证明聚苯胺成功修饰在碳纳米管内部。经过测试，这种聚苯胺内修饰的碳纳米管对氨气和氯化氢在大范围气体浓度下都具有很好的电阻响应性，对乙烯气体在10-80ppm范围内有非常灵敏的电阻响应性。总而言之，这种新的内修饰碳纳米管的方法和以往传统的内修饰方法相比具有更高效更可控的特点。本论文具体研究如下：（1）在碳纳米管内部修饰聚苯胺的研究本研究首次采用对扩散的方式直接在碳纳米管内部合成聚苯胺。合成用的碳纳米管薄膜使用切片的方法制得。反应中在一侧使用苯胺和D-樟脑磺酸的水溶液，另一侧为去离子水，两小时后在去离子水一侧加入过硫酸铵并放置24小时以上充分完成反应。反应完成后，在碳纳米管内部的聚苯胺直径主要分布在10-13nm，修饰率超过80%。（2）碳纳米管内部修饰聚苯胺的复合物作为气体传感器的应用的研究本研究通过将碳纳米管内部修饰有聚苯胺的薄膜复合物分别放置在氨气，氯化氢气体，乙烯中，通过检测复合物电阻的变化，从而证明复合物可以用于部分气体的气体传感器。并且通过纯碳管膜，碳管膜外部修饰聚苯胺复合物的电阻检测，得出碳纳米管内部修饰聚苯胺的复合物膜作为气体传感器灵敏度和气体浓度-电阻的线性都要优于前两者。
【作者】刘智鹏；
【导师】杨朝晖；
【作者基本信息】苏州大学，高分子化学与物理，2014，硕士
【关键词】碳纳米管；聚苯胺；内修饰；传感器；

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