碳_离子液体凝胶气敏材料响应性能的研究
刺激响应水凝胶材料的研究进展
究刺激响应水凝胶 的溶胀行为和 响应机制 ，科研人 员构建 了各种各样 的刺激 响应水凝胶 ，如 ｐ Ｈ 响应水凝 胶 、温度响应水凝胶和光 响应水凝胶等 ．本文综述 了近年来科研人 员在刺激 响应水凝胶材料的构建及响应 机制研究方面开展 的工作 ，并对刺激 响应水凝胶 的应用进行 了展望 ．
２ ０ １ ４． Ｊ ｇ － ： Ｊ ｉ ￣ ＂ ３期
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Ｎｏ ． ３ ． ２ ０ １ ４
第３ Ｏ卷 （ １ ５ １ 期） Ｊ Ｏ ＵＲ Ｎ ＡＬ Ｏ Ｆ Ｃ Ｈ ＯＮ Ｇ Ｑ ￣Ｇ Ｔ Ｈ Ｒ Ｅ Ｅ ＧＯ Ｒ Ｇ Ｅ Ｓ Ｕ Ｎ Ｉ Ｖ Ｅ Ｒ Ｓ Ｉ Ｔ Ｙ
中图分 类号：Ｔ Ｂ ３ ２ ４ 文献 标识码 ：Ａ 文章编号：１ ０ ０ ９ － ８ １ ３ ５（ ２ ０ １ ４ ）０ ３ － ０ ０ ８ ５ － ０ ６
在凝胶独特 的三维 结构 中，基于共价键 或物 理作用的交联结构对于 维持凝胶三 围结构 的稳定性具有重 要作用 ．三 围网状 结构使凝胶 展现 出了独特 的溶胀 行为．在凝胶 溶胀 的过程 中，三维 网状结构通常不会被 破坏 ，所 以凝胶 虽然会 吸水溶胀但 不会溶 于水．干 的水凝胶可 以吸附 比 自身重量多 ２ ０ ０ ０ ０倍的水，这种超 强 的吸水和保水 的能力源于水凝胶 中交联 的亲水性 聚合物链段 ．刺激 响应水凝胶 除了具备 以上水凝胶的特
一
８ ５ —
尹 艳 镇
焦 淑 菲
黄 宝 章
龚 立 兵
姚 丽 嫦
玉灵 芝 ： 刺 激 响 应 水 凝 胶 材 料 的 研 究 进 展
SRTP课题
1、碳纳米管气敏性能的理论研究
2、纳米导电聚合物的合成及应用研究
3、AL/CO2燃烧反应动力学的研究
4、Ti2AlC/TiAl复合材料的制备及表征
5、电镀法制备泡沫铜的工艺研究
6、绿色有机物对金属腐蚀的抑制性能及机制研究
7、纳米材料在食品分析中的应用
8、比色/荧光法检测有机氟化物中的氟含量
9、电镀法制备泡沫铜的工艺研究
10、离子交换法制备PI/CuO复合薄膜
11、离子液体的制备
12、电子废弃物的回收与处理
13、酒精能源的探索
14、生物乙醇废水的资源化研究
15、铝及铝合金表面无铬化学转化处理
16、菠菜中铁含量的测定
17、自来水中阴阳离子的离子色谱分析
18、气固相催化反应动力学。
碳点-水凝胶 电催化 铀酰离子-概述说明以及解释
碳点-水凝胶电催化铀酰离子-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分的内容可以如下所示：在当前环境保护和能源开发的背景下，研究人员越来越关注使用新材料和技术来解决能源和环境问题。
碳点-水凝胶和电催化技术作为近年来新兴的研究领域备受瞩目。
碳点-水凝胶是一种由碳点和水凝胶相结合形成的新型材料，其独特的结构和性质使其在催化、能源转化和环境治理等领域展现出巨大的潜力。
碳点作为一种纳米级碳材料，具有较大的比表面积和优异的光电性能，可用于催化反应和能源转化。
而水凝胶则是一种含水网络结构材料，具有良好的柔韧性和高度吸水性，可用于吸附和固定其他物质。
通过将碳点与水凝胶相结合，人们可以制备出具有双重功能的新型材料，既保留了碳点的优点，又增加了水凝胶的特性，为各种应用提供了更多可能性。
另一方面，电催化技术是利用电化学方法来催化化学反应的一种方法。
通过引入电流使反应发生，并在电极表面引入催化剂，可以实现高效的催化反应。
与传统的热催化相比，电催化技术具有能耗低、反应选择性高和环境友好等优势。
因此，电催化技术在减少能源消耗和污染物排放方面具有重要的应用潜力。
铀酰离子是一种在核能领域具有重要意义的离子物种。
研究铀酰离子的电催化性质对于核能的开发和利用具有重要意义。
近年来，研究人员发现碳点-水凝胶在铀酰离子电催化中展示出优异的性能表现，这使其成为相关领域的研究热点。
本文将对碳点-水凝胶、电催化技术和铀酰离子的研究进行综述和分析，以期深入了解这些领域的最新进展和应用前景。
通过对相关文献和实验结果的综合分析，本文旨在为读者提供一个全面的概述，以便更好地理解碳点-水凝胶、电催化和铀酰离子研究的重要性和应用前景。
文章结构是指整篇文章按照一定的组织方式和逻辑结构来安排的，以便读者能够更好地理解和掌握文章的主题和内容。
本文按照以下结构展开：1. 引言1.1 概述在本节中，将简要介绍碳点-水凝胶和铀酰离子等关键概念，并说明它们在电催化中的重要性。
《面向柔性应变传感器的碳纳米复合水凝胶的制备及性能研究》
《面向柔性应变传感器的碳纳米复合水凝胶的制备及性能研究》一、引言随着可穿戴电子设备和柔性电子技术的快速发展，柔性应变传感器因其独特的机械性能和电学性能受到了广泛关注。
其中，碳纳米复合水凝胶作为一种新型的柔性材料，因其具有高灵敏度、高延展性及良好的生物相容性等特点，在柔性应变传感器领域具有广阔的应用前景。
本文将重点研究面向柔性应变传感器的碳纳米复合水凝胶的制备方法及其性能表现。
二、碳纳米复合水凝胶的制备（一）实验材料实验所需材料包括：碳纳米管、水凝胶基材、交联剂、催化剂等。
所有材料均需经过严格的筛选和预处理，以保证实验的准确性和可靠性。
（二）制备方法本实验采用溶液共混法和原位聚合法相结合的方法制备碳纳米复合水凝胶。
首先，将碳纳米管与水凝胶基材在溶剂中混合均匀，然后加入交联剂和催化剂，通过原位聚合法使碳纳米管与水凝胶基材形成复合结构。
最后，通过冷冻干燥和热处理等工艺，得到碳纳米复合水凝胶。
三、性能研究（一）力学性能通过拉伸测试、压缩测试等方法，研究碳纳米复合水凝胶的力学性能。
实验结果表明，碳纳米复合水凝胶具有优异的拉伸性能和压缩性能，能够适应各种复杂的应力环境。
（二）电学性能利用四探针法、电导率测试等方法，研究碳纳米复合水凝胶的电学性能。
实验结果表明，碳纳米复合水凝胶具有良好的导电性能和灵敏度，能够实时监测应变变化。
（三）柔韧性和稳定性通过弯曲、扭曲等实验，研究碳纳米复合水凝胶的柔韧性和稳定性。
实验结果表明，碳纳米复合水凝胶具有良好的柔韧性和稳定性，能够在各种环境下保持优异的性能表现。
四、应用前景碳纳米复合水凝胶作为一种新型的柔性材料，在柔性应变传感器领域具有广阔的应用前景。
它可以应用于人体运动监测、智能穿戴设备、机器人等领域，为柔性电子技术的发展提供新的可能性。
五、结论本文研究了面向柔性应变传感器的碳纳米复合水凝胶的制备方法及其性能表现。
实验结果表明，碳纳米复合水凝胶具有优异的力学性能、电学性能、柔韧性和稳定性，能够满足柔性应变传感器的应用需求。
简述基于SnO2的气敏材料研究
简述基于SnO2的气敏材料研究摘要：近年来,由于能源开发、航空航天、石油化工、安全生产等各个方面的需要,对易燃易爆、有毒性气体的监测就变得愈发重要。
尤其是研制出灵敏度高、选择性好、稳定性好、响应恢复时间快、使用寿命长的气体传感器成为今后气体传感器的重要研究课题。
因而,开发出具有实际应用价值的新型气敏材料,成为当前研究的热点。
本文将通过几种基于SnO2的气敏材料介绍现在的一些相关研究的成果。
关键词：气敏材料，SnO2，气敏特性一、Pd掺杂SnO2纳米膜以分析纯SnC12·2H2O和PdCl2为主要原料，控制不同n(Pd 2+)/n(Sn2+ )，利用溶胶凝胶——浸渍提拉法制备了Pd掺杂SnO2纳米膜。
用XRD、AFM 对样品的结构、形貌进行了分析，并测试了Pd掺杂SnO2纳米膜的阻温特性和对H2敏感性能。
结果表明，Pd掺杂SnO2纳米膜平整而致密，表面椭球形粒子颗粒尺寸约为20nm；Pd掺杂SnO2为金红石型晶体结构，但Pd 2+进入SnO2晶格代替八面体中部分Sn2+，导致其晶胞参数比未掺杂SnO2略小；Pd掺杂Sn()!纳米膜的电阻随温度升高而减小．表现出n型半导体阻温特性；随着Pd掺杂比例的增大，元件的电阻增大，其对H2的灵敏度先增大后减小，当掺杂比例为l%时对H2灵敏度最高。
又有学者研究，利用非模板水热法合成了Pd掺杂的SnO2纳米颗粒，并利用透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和X光电子能谱(XPS)表征了Pd掺杂对晶体结构、表面形貌、微观结构、热稳定性和表面化学状态的影响。
研究发现：水热过程中Pd掺杂对形成的SnO2纳米颗粒大小几乎没有影响，在500℃以下的煅烧过程中，掺杂的Pd可以有效抑制颗粒的生长，但在700℃以上时颗粒生长迅速。
XPS结果显示合成样品中Pd的化学状态有三种：Pd0、pd2+和Pd4+针，其中的主化学状态Pd4+有效促进了气敏性能的提高。
为了同时提高气敏性能和热稳定性，Pd的最佳掺杂量为2．0％—2．5％(摩尔分数)。
离子液体超分子凝胶制备及其性能的研究
华中科技大学硕士学位论文摘要离子液体超分子凝胶具有高的电导率、良好机械性能、热稳定性和出色的安全性，是一种具有应用前景的新型电解质材料，其性能受凝胶因子与离子液体结构的影响。
本文通过分子设计合成了三类结构不同的凝胶因子，研究了所合成的凝胶因子在不同结构的离子液体中的凝胶化性能、热稳定性、凝胶强度、电化学性能，辅以量子化学计算，探讨了凝胶因子的结构和离子液体的结构对离子液体超分子凝胶性能的影响。
所得结果如下：1、合成了不同碳链长度的二苯甲烷类（G1）、二苯醚类（G2）两类6种凝胶因子。
G1与G2无需助溶剂能使所试验的离子液体凝胶；G2类凝胶因子的凝胶化性能优于G1，这是由于G2中的醚氧键更有利于形成分子间的氢键。
G1与G2在离子液体中的凝胶化能力随碳链长度增加而增强，这与长链烷基亲溶剂作用增强，更易发生自组装有关。
量子化学计算结果表明，凝胶因子在自组装的过程形成氢键；随碳链长度增加，凝胶因子二聚体结合能降低，表明凝胶因子自组装能力更强，理论计算结果与实验结果一致。
2、离子液体超分子凝胶的相转变温度（T GS）随凝胶因子浓度和碳链长度的增加而增大，这是因为碳链长度增加凝胶因子的自组装能力增加，需要更高温度来解缔凝胶所致。
凝胶强度随着凝胶因子碳链长度增加而减弱，这是由于凝胶因子自组装的有序度随碳链长度增加而降低，承受外力的能力减弱。
离子液体凝胶的电导率随着凝胶因子碳链长度的增加而下降，但仍与纯离子液体的电导率在同一个数量级；离子液体凝胶的电化学窗口不受凝胶因子碳链的长度影响，表明离子液体形成超分子凝胶并不影响其氧化还原性能。
3、离子液体的结构对G2-7凝胶因子的凝胶化性能产生影响。
咪唑环上阳离子体积越小，凝胶因子在其中的凝胶化能力越强。
T GS随凝胶因子浓度增大而增加，但随咪唑环上取代基的增大而降低。
量子化学计算表明随咪唑环上取代基的增大，离子液体的二聚体结合能升高，从而使其与凝胶因子间的作用增强，导致凝胶因子在其中的自组装能力降低，与T GS随取代基体积变化的结果一致。
活性炭-离子液体凝胶电致动膜材料制备及性能研究
磁力 搅 拌 １ ｈ （ 水浴加 热温度 ８ ０ ℃， 搅 拌 速 度 ９ ０ ０ ｒ ｐ ｍ） ， 停 止搅拌 ， 再８ Ｏ ℃加热 １ ｈ ， 取 出样 品趁
热 用 间距 为 ２ ０ ０ ｌ ｘ ｍ 的涂 膜 器 在 玻 璃 板 上 刮 涂 制 膜， 待 样 品空 气 中 干 燥 后 ， 即 制 得 离 子 液 体 凝 胶
ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｅ ｓ ． Ｂ ｙ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｃ ｙ ｃ ｌ ｉ ｃ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｍｍｅ ｔ ｒ ｙ ａ ｎ ｄ ｉ ｎ ・ ｓ ｉ ｔ ｕ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｄ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ， ｔ ｈ ｅ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ｌ ａ ｄ ｏ ｕ ｂ ｌ ｅ － ｌ ａ ｙ ｅ ｒ ｃ ａ ｐ ａ ｃ ｉ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｓ ｎｄ ａ ｔ ｈ ｅ ｄｅ ｃ — ｔ ｏ ｍｅ ｒ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｅ ａ ｌ ｐ ｏｐ ｒ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｔ ｕ ａ ｔ ｏ ｒ ｍｅ ｍ ｂ ｒ ａ ｎ ｅ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ｅ ｓ ｔ ｉ ｍａ ｔ ｅ ｄ ． Ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｕ ｇ ｇ ｅ ｓ ｔ ｄ ｅ ｔ ｈ ａ ｔ ｂ ｏ ｔ ｈ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｐ ｃｉ ａ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｘ ｉ ｍｕ ｍ
了用含有单壁碳纳米管离子液体凝胶制成 的三明
治 结构 干态 电致 动器 ， 此 材 料 能 够 在 低 电压 下 ， 快 速、 持久 地在空气 中工作［ １ ５ － １ ７ ］ 。Ｎ ａ ｏ ｈ ｉ ｒ ｏ Ｔ ｅ ｒ ａ ｓ ａ ｗ ａ 和Ｔ ａ ｋ ｅ ｕ ｃ ｈ ｉ 等 研究 了不 同 的离 子 液 体 对 于此 类 电
碳包裹磁性颗粒对离子液体的吸附研究
Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎａｂｉｌｉｔｙｏｆｃａｒｂｏｎｃｏａｔｅｄｍａｇｎｅｔｉｃ ｐａｒｔｉｃｌｅｓｔｏｉｏｎｉｃｌｉｑｕｉｄｓ
ＣＨＥＮＱｉｌｉａｎｇ，ＬＩＴａｏ，ＺＨＡＮＧＪｉａ，ＲＥＮＢａｏｚｅｎｇ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＥｎｅｒｇｙ，ＺｈｅｎｇｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５０００１，Ｃｈｉｎａ）
第 ７期
陈齐亮等：碳包裹磁性颗粒对离子液体的吸附研究
１３４３
ＳＨＺ８２恒温振荡器；ＵＶ２４０１ＰＣ紫外可见分光 光度计；ＦＡ２１０４Ｎ电子天平；Ｄ８ＡＤＶＡＮＣＥＸ射线衍 射仪；ＳＵ８０１０扫描电子显微镜。 １．２ 实验方法 １．２．１ 碳包裹磁性颗粒 Ｆｅ３Ｏ４／Ｃ的制备 将蔗糖 与 Ｆｅ３Ｏ４按质量比 ４∶１的比例充分混合，之后缓慢 滴加一定量的浓硫酸，２ｈ后用去离子水洗涤多次， 真空干燥即得到碳包裹磁性颗粒 Ｆｅ３Ｏ４／Ｃ。 １．２．２ 离子液体最大吸收波长的测 定 在 波 长 ２００～３００ｎｍ范围内扫描 ５种离子液体溶液，所得 离子液体的紫外光谱见图 １。
离子液体是一类完全由阴阳离子组成的低熔点 （＜１００℃）有机盐化合物［１］。自 １９１４年离子液体 被 ｐａｕｌｗａｌｄｅｎ发现以来，因其独特的特性而广泛用 于有机合成、催化化学、电化学等领域，然而，多数离 子液体具有毒性和生物不可降解性 。 ［２３］ 尽 管，由 于其低蒸气压可以降低对空气的污染，但是离子液 体在水中可以部分或完全溶解，对水生环境带来严 重的污染［４５］。目前，关于对水体中离子液 体 脱 除 及回收的研究已受到广泛关注。例如，蒙脱土、活性 白土、人造沸石、活性炭、水滑石及树脂等都可以用 于水中离子液体的脱除［６８］。虽然这些吸附剂对水 中的离子液体具有良好的吸附效果，但是吸附剂从 水中比较难分离出来。
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第22卷第5期2010年5月化学研究与应用Che m ica l R esearch and Appli ca tion V o.l 22,N o .5M ay ,2010文章编号:1004 1656(2010)05 0625 04碳 离子液体凝胶气敏材料响应性能的研究李 艳,孙 洁,陈 婷,汪佳俐,冯依玲,邓卫芹,曹晓卫,王 荣*(上海师范大学化学系,上海 200234)收稿日期:2009 10 14;修回日期:2009 12 26基金项目:国家自然科学基金项目(20503016)资助;上海市科委启明星基金项目(07QA14044)资助;湖南大学生物传感与计量学国家重点实验室开放基金资助项目联系人简介:王荣(1972 ),男,副教授,主要研究方向电化学与化学传感器。
Ema i :l w angrong @shnu edu cn关键词:碳 离子液体凝胶;有机蒸汽;气敏材料;主元分析;气体传感器中图分类号:O657 1 文献标识码:ACarbon black ionic li qui d gel for gas sensi ngLI Yan ,SUN Jie ,C H E NG T i n g ,WANG Jia l,i FENG Y i li n g ,DE NG W e i q i n g ,C AO X iao w e,i WANG Rong*(D epart m ent o f Che m i stry ,Shangha iN or m a lU n i versity ,Shangha i 200234,Ch i na)Ab stract :T he carbon b l ack/i on i c li qui d gels w ere used as the sensing ma teria l s i n the gas senso r and senso r array for o rganic vapor de tecti on R esults suggested t hat t h i s gas sensi ng m ater i a l showed a good li near response to w ards t he concentra ti on o f dich l o rome t hane ,te trahydrofuran ,et hy l cyanide ,e t hano ,l acetone vapors w i th quite different sensiti v ity T hese organ i c vapo rs w ere then successf u lly disti ngu i shed by the sensor array based on t he ca rbon b l ack /Bm i m PF 6、Em i m ET S O 4、Em i m CF 3SO 3ge ls and the pri nc i pal e le m ent data analysis m et hodsK ey w ords :carbon black /i onic liqu i ds ge;l org an i c vapo r ;gas sensi ng ma teria;l pri nc i pal e le m ent ana l ysis ;gas sensor随着我国国民经济的快速发展和国家安全的需要,及时、准确地对易燃、易爆、有毒、有害气体进行检测、预报和自动控制,是煤炭、石油、化工、电力、国家安全部门等急待解决的重要课题。
同时在质量检测,生产监控特别是食品、化妆品、饮料和其他化学品中都要求能够开发出性能优良、方便耐用、小型多功能的新型气体传感器[1]。
其中气敏材料是传感器的核心,它决定传感器的选择性、灵敏度、线性度、稳定性等。
因此,新功能敏感材料的开发及优化一直是传感器研究的热点。
近年来,碳粉/聚合物导电复合材料作为一种气敏响应材料被广泛应用于气体传感器和 电子鼻中 [2],例如Do le m an 等[3]使用导电碳粉分别与14种聚合物制备的复合材料所构成的传感器阵列,这一传感器阵列可用来检测19种常见有机溶剂或蒸气。
K i m 等[4]构建了便携式的微型电子鼻系统,包含有16种碳粉聚合物的传感器单元,可以很好的鉴别常见的有机物以及混合酒类样品。
此外,日本的Tsuboka wa 研究小组[2]在导电碳粉表面对化学接枝处理进行了大量的研究,以提高气敏材料的响应特性。
碳粉/聚合物导电复合材料吸收了气体后,体积膨胀,电阻随之增加,从而对大多数有机气体都有广泛的响应[5]。
然而由于聚合物没有固定的分子结构,且碳粉在聚合物中是很难均匀分散的,使得碳粉/聚合物材料的气敏特性受材料制作工艺的影响较大。
室温离子液体是指在室温或室温附近温度下呈液态由离子所构成的物质,由于具有可忽略的蒸气压,高的热稳定性等独特的物理化学性质,作为一种新型的气体敏感材料,具有潜在的应用价化学研究与应用第22卷值。
近年来,已有文献报道利用室温离子液体的对不同物质的不同相容性以实现分离有机或无机的混合物、吸收混合气体中的二氧化碳、及作为气敏材料用于石英微天平气体传感器。
此外,通过调节不同的阴阳离子获得功能化的室温离子液体,增加离子液体的选择性,满足特定的需求。
本研究小组曾以室温离子液体为电导型气体传感器敏感材料元件,实现了对不同浓度的乙醇、二氯甲烷等有机蒸气的检测[6]。
离子液体与碳粉混合凝胶因其稳定性高、导电性能强等优点广泛应用于多种领域,Zhao等[7,8]将该种凝胶修饰于电极表面,实现了对多巴胺、抗坏血酸的催化、分离,同时此类修饰电极也实现了多巴胺、抗坏血酸、尿酸的同时检测,有望用于活体分析;A Le w andow sk i等[9]将碳粉与5种离子液体混合应用于双电层电容器中从而获得更高的电容和电化学窗口。
本文试用离子液体替代聚合物和碳粉混合作为气体传感器的敏感材料,制备碳/离子液体凝胶气体传感器,并考察了这种传感器对多种有机蒸气的气敏响应。
1 实验部分1 1 实验仪器和试剂离子液体:1 丁基 3 甲基六氟磷酸盐(B m i m PF6)制备和纯化参照文献[10],1 乙基 3 甲基咪唑硫酸乙酯盐(Em i m ETSO4)(分析纯,杭州科默化学有限公司),1 乙基 3 甲基咪唑三氟甲基磺酸盐(E m i m CF3SO3)(分析纯,杭州科默化学有限公司),碳粉(平均粒径2~12 m,S i g m a A ldrich公司),有机溶剂:四氢呋喃、二氯甲烷、乙氰、乙醇、丙酮(AR级,上海化学试剂有限公司),高纯氮气(上海成功气体有限公司),真空干燥箱(上海华连医疗器械有限公司),8通道电池分析仪(深圳市新威尔电子有限公司)。
1 2 碳粉 离子液体凝胶复合材料的制备将碳粉与一定量的离子液体超声混和,制备碳粉/离子液体凝胶复合材料。
实验发现当碳粉质量分数约为44%时开始形成凝胶,而当碳粉质量分数大于62%时,混合物成粉末状,不利于气敏响应。
因此,实验选取质量百分比约为50%的凝胶作为传感器的气敏材料。
具体步骤为:先称取一定量碳粉于离心管中,再加入适量离子液体在离心管中与碳粉混合,超声半小时,待离子液体与碳粉完全混合均匀,即可得黑色碳/离子液体凝胶。
将所制得的碳/离子液体凝胶均匀涂抹于基底电极对之间制得气敏传感器,并放入真空箱中真空干燥2h以上,以去除制备过程中可能吸附的水等挥发性气体。
1 3 气敏材料的测试设备与过程实验中所用基底电极由镀金印刷线路板所制,电极宽为0 3c m,涂敷有效面积分别为3mm!0 7mm,电极间距有为0 1c m。
涂敷后的电极被封装于不锈钢检测气室中(内体积为1 5c m!9c m!2 2c m)。
气敏特性的测定采用动态测试法,由载气钢瓶 质量流量计 进样系统 检测系统组成。
以氮气为载气,用质量流量计来控制载气流速为50mL/m i n。
进样系统参照气相色谱进样装置,它包括样品引入装置和气化室,气化室温度控制在200∀。
由于碳/离子液体凝胶气敏材料的气敏响应特性受温度影响,故检测气室被置于自制的恒温箱中,并控制温度为30#0 5∀。
实验使用8通道电池分析仪在0 1V恒定电压条件下,同时测定一个或多个气体传感器的电流响应。
测定前先通入氮气10~15m i n,对整个测定系统进行清洗,待基线稳定后加入测试样品,以获取响应电流 时间曲线,并待洗涤至基值,以进行下一循环测试。
实验定义碳/离子液体凝胶材料吸收气体后的电流变化率(S)作为气敏材料的响应信号即:S=(I。
-I)/I。
其中I。
和I分别为气敏元件在氮气条件中的稳定电流值和加入待测组分后的峰电流值。
2 结果与讨论2 1 碳 离子液体凝胶的响应特性图1为碳 离子液体凝胶气体传感器对乙醇蒸气的特征响应信号。
由图中可以看出,当加入乙醇后,传感器的响应电流显著减小,这可能是由于当碳粉 离子液体凝胶吸附乙醇蒸气后,其体积发生膨胀,掺杂在其中起导电作用的碳粉之间的平均距离也随之增加,导致碳 离子液体凝胶气敏材料的电阻值增加,电流值减小,并迅速达到最小峰电流,达到峰电流所需的时间约为30s。
随着载气的不断通入,传感器的响应电流上升,并逐渐恢复到氮气气氛下的电流响应值,气敏测试的周期约为200s。
响应电流峰的左半峰宽约为12 5s,小于右半峰宽的17 2s,说明碳 离子液体凝胶气敏材料对乙醇的吸附速度大于其脱附速度。
626第5期李艳等:碳离子液体凝胶气敏材料响应性能的研究图1 碳粉/E m i m CF 3SO 3凝胶对乙醇蒸气的特征响应信号F i g 1 The responses of carbon /Em i m CF 3SO 3ge l under ethano l a t m osphere图2 碳粉/Em i m CF 3S O 3凝胶中5种浓度的有机蒸气的线性图F i g 2 The line response of carbon /Em i m CF 3SO 3gel i n different concentration o f fi v e d ifferent org an i c a t m osphere图1中三次相同乙醇加入量的气敏响应值S分别为0 375、0 378和0 371,由此看出该气体传感器响应信号具有良好的重现性,同时传感器在常温条件下保存三个月后,它的响应信号基本没有明显变化,说明该传感器具有较高的使用和保存寿命,这显然得益于离子液体的高化学稳定性和热稳定性。
图2给出了碳粉/Em i m CF 3SO 3离子液体凝胶传感器对加入2uL 、4uL 、6uL 、8uL 、10uL 乙醇、二氯甲烷、四氢呋喃、丙酮和乙氰后所得到的气敏响应值与有机溶剂加入量的关系图。