论文部分内容阅读
环境湿度和人们的生产、生活息息相关,作为简易的湿度检测元件,湿度传感器已经被广泛应用于工业、农业、医疗、气象、电子、航空等领域。湿敏材料是湿度传感器的核心部分,发展新型感湿材料已经成为人们研究的重点。目前,高分子聚合物由于其感湿量程宽、响应时间短、易于制备、成本低等特点,越来越受到人们关注。但是高分子聚合物材料在高温高湿条件下容易发生溶解和漂移的现象,因此目前的研究重点多侧重于提高材料的耐水性和稳定性。材料复合是已经被证实的可以有效改善敏感材料性质的重要方法,对于研究新型湿敏材料有重要意义。本文采用不同的方法制备了两种类型的复合材料,导电聚合物聚苯胺插层的水滑石复合湿敏材料和羧甲基纤维素盐/正硅酸乙酯复合纳米纤维湿敏材料。1.导电聚合物聚苯胺插层水滑石无机有机复合湿敏材料:我们采用共插层的方法,成功将聚苯胺(PANI)与阴离子表面活性剂共同引入到三种水滑石层板中间,如锂铝水滑石、镁铝水滑石和镍铝水滑石,得到了三种不同的插层水滑石材料:LiAl-LDH/PANI/SDS、MgAl-LDH/PANI/SDS和NiAl-LDH/PANI/SDS。湿敏测试结果表明聚苯胺在插层之后相比聚苯胺自身具有较好的湿敏性能,在11-95%RH整个湿度范围内具有较好的线性相关关系,较小的湿滞回差,较高的稳定性。三种复合材料都具有很快的响应速度:LiAl-LDH/PANI/SDS的响应时间2 s, MgAl-LDH/PANI/SDS的响应时间3 s,NiAl-LDH/PANI/SDS的响应时间为4 s。进一步说明水滑石的2D层状结构对于提高材料的湿敏性能有重要作用,不仅可以提高材料的响应速度还可以提高层间聚合物的稳定性。我们认为,三种材料之间响应速度的差异是由于水滑石层板中金属离子不同导致的。金属锂离子的半径较小,对水分子的极化能力较强,因此对湿度增加表现出最快的响应速度。2.基于羧甲基纤维素盐制备复合纳米纤维:分别配制了不同比例的羧甲基纤维素钠(CMC-Na)前驱体溶液和羧甲基纤维素锂(CMC-Li)前驱体溶液,采用静电纺丝方法在特定的实验条件下均得到直径小于1μm的纳米纤维。羧甲基纤维素盐是一种吸水能力较强的材料,通过改变羧甲基纤维素钠和正硅酸乙酯的质量比可以控制复合材料表面形貌和亲水能力。随着材料中羧甲基纤维素盐含量的增大,纺丝纤维表面开始变的粗糙。通过对材料的湿敏性能测试,两种复合纳米纤维材料都表现出良好的湿敏性能,大的阻抗变化范围,较好的线性关系和小的湿滞回差。CMC-Li纳米纤维材料的响应速度快于CMC-Na纳米纤维材料,这主要是由于CMC-Li纳米纤维中的Li+半径更小,对水分子的极化能力更强,表现出更快的吸湿速度和传导速度。