基于高分子纳米复合物的湿度传感器及其湿敏性能研究

【摘要】：本论文设计制备了线性聚电解质与石墨烯(GN)复合物、含硅聚电解质(PAPTS)与石墨烯复合物、交联季铵化聚4-乙烯基吡啶(QCP4VP)与聚吡咯(PIL-PPy)复合物、聚苯胺与聚乙烯醇复合物等系列湿敏材料,采用1HNMR, FT-IR, SEM, TEM等方法表征其组成和形貌结构。制备了电阻型和声表面波-阻抗串联型湿敏元件,研究了其在室温下的湿敏响应特性,尤其是对低湿环境响应。探讨其湿敏响应机理。 采用溶液共混和原位还原法制备了聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDDA)/GN和聚苯乙烯磺酸钠(PSSNa)/GN复合湿敏材料；采用溶液共混和热处理使交联和原位还原同时进行的方法制备了PAPTS/GN复合湿敏材料。通过浸涂法制备电阻型湿敏元件。发现石墨烯的引入有效地降低了元件在低湿下的阻抗,使其在低湿范围内(0.2%-30%RH)表现出高灵敏度、快速线性响应。复阻抗谱分析发现石墨烯的引入使得复合材料的电阻和电容性质都发生了显著变化,改善了低湿响应。 采用溶液共混法制备了QCP4VP/PIL-PPy复合湿敏材料,通过浸涂法制备电阻型湿敏元件。发现PIL-PPy的引入使复合元件响应线性度和灵敏度提高,湿滞明显减少。其在10%-97%RH的范围内阻抗变化四个数量级,体现出高灵敏度,快速响应。 采用溶液共混制备了聚苯胺和聚乙烯醇复合湿敏材料,通过浸涂法制备声表面波-阻抗型湿敏元件。研究了聚苯胺浓度对湿敏元件响应特性的影响。发现元件在低湿下具有很高响应灵敏度,达2.2kHz%RH,且响应迅速,重复性好。