基于Ag-LaFeO_3传感材料的改性及丙酮气敏性能研究

基于Ag-LaFeO_3传感材料的改性及丙酮气敏性能研究

随着科技的进步,在工业生产中使用的化学物质越来越多,丙酮作为一种常用的有机溶剂,用途较为广泛,常用在纤维、塑料、油漆等行业中,人体吸入丙酮后,溶解在血液中,会麻醉中枢神经系统,并会造成肝肾受损,危害人体健康。医学研究表明,丙酮气体作为糖尿病的标识物,正常人呼出的丙酮含量低于0.8ppm,

而糖尿病人呼出的量高于1.8 ppm,采用一定的检测手段,通过对人体呼出气体中丙酮量的测定,可以用于1型糖尿病的无创诊断,所以对丙酮气体检测有重要的应用前景。虽然目前关于丙酮气敏传感材料有一些研究,但是在传感器件的灵敏度、工作温度、选择性等方面依然存在诸多问题。为了能够及时准确的检测丙酮气体的含量是否超标,本论文以Ag-LaFeO3为基体材料,采用分子印迹法改性分别制备了不同体系的分子印迹聚合物(MIPs)粉体,通过X射线衍射分析(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、红外光谱分析(FT-IR)对所制备的MIPs的成分、形貌以及结构进行了表征,将制备的MIPs制作成旁热式气敏传感器表征其气敏性能(包括灵敏度、选择性、最佳工作温度、响应恢复特性等),并且研究了不同的制备条件及改性方法对器件气敏特性的影响。

主要内容和结果如下：(1)以Ag-LaFeO3溶胶做交联剂的各元件中,丙烯酰胺(AM)和甲基丙烯酰胺(MAC)做功能单体合成的样品的气敏性能较差,N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为功能单体,CH3COCH3为溶剂合成的样品,摩尔比为x=5：

100(x=模板分子：功能单体)的器件气敏性能较好,此器件在工作温度为200℃时,对2.5 ppm丙酮气体的灵敏度为14.7,响应恢复时间分别为80s和75 s；

(2)SWCNTs改性MIPs的各元件中,以Ag-LaFeO3溶胶做交联剂,SWCNTs含量是1.00%的器件件气敏性能最优,此器件在工作温度120℃时,对2.5 ppm丙酮的灵敏度为18,且对丙酮有良好的选择性；(3)Graphene改性MIPs的各元件中,以

Ag-LaFeO3溶胶做交联剂,Graphene含量为0.4%的元件气敏性能最优,此器件在工作温度为110℃时,对2.5ppm丙酮的灵敏度为71.2,响应恢复时间分别为60s 和65s,且对丙酮有较好的选择性；(4) MIPs的气敏机理是：在印迹过程中,首先功能单体与模板分子通过氢键相互作用,接着交联剂与功能单体之间形成配位作用,最终脱去模板分子后在MIPs中形成了对丙酮具有特异识别性的的识别位点,而这些识别位点可以对丙酮进行选择性吸附,从而使材料的气敏性能得到提高。

本论文创新点主要体现在丙酮气敏材料的制备方法和传感器的性能两个方面,即采用分子印迹法对Ag-LaFeO3材料进行了改性,在最佳条件下制作的性能最好器件可以对2.5 ppm丙酮气体进行检测且具有良好的气敏性能。