碳_离子液体凝胶气敏材料响应性能的研究
《LaFeO3纳米颗粒的丙酮及乙二醇甲醚气敏性能优化研究》范文
《LaFeO3纳米颗粒的丙酮及乙二醇甲醚气敏性能优化研究》篇一摘要：本论文致力于对LaFeO3纳米颗粒的气敏性能进行研究与优化，以提升其对丙酮和乙二醇甲醚的气体传感能力。
我们详细研究了不同处理条件下LaFeO3纳米颗粒的形态、结构及其对丙酮和乙二醇甲醚的响应特性。
实验结果表明，通过特定的制备和优化过程，LaFeO3纳米颗粒的气敏性能得到了显著提升。
一、引言随着科技的进步，气体传感器在环保、工业安全、医疗等领域得到了广泛应用。
其中，LaFeO3因其优异的化学稳定性和较高的气体响应能力而备受关注。
本论文以LaFeO3纳米颗粒为研究对象，探讨其对于丙酮和乙二醇甲醚的气敏性能，以期为其在相关领域的应用提供理论支持。
二、材料与方法1. 材料准备实验所使用的LaFeO3纳米颗粒通过溶胶-凝胶法合成。
此外，还准备了不同浓度的丙酮和乙二醇甲醚气体。
2. 实验方法(1) LaFeO3纳米颗粒的制备与表征：采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等手段对LaFeO3纳米颗粒的形态、结构进行表征。
(2) 气敏性能测试：在恒温条件下，对LaFeO3纳米颗粒进行丙酮和乙二醇甲醚的气敏性能测试，记录其响应时间、恢复时间等参数。
三、结果与讨论1. LaFeO3纳米颗粒的形态与结构通过XRD和SEM分析，我们发现LaFeO3纳米颗粒具有较好的结晶度和均匀的粒径分布。
此外，不同处理条件下的LaFeO3纳米颗粒在形态和结构上存在差异，这对其气敏性能有重要影响。
2. 丙酮气敏性能优化(1) 不同浓度的丙酮气体对LaFeO3纳米颗粒的响应：随着丙酮浓度的增加，LaFeO3纳米颗粒的响应逐渐增强。
然而，在高浓度下，响应速度有所降低。
(2) 优化措施：通过改变LaFeO3纳米颗粒的制备条件和表面修饰等方法，可以显著提高其对丙酮的响应速度和灵敏度。
例如，采用特定的表面活性剂对LaFeO3纳米颗粒进行修饰，可以增强其与丙酮分子的相互作用，从而提高响应速度和灵敏度。
碳_离子液体凝胶气敏材料响应性能的研究
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。
碳气凝胶新材料
碳气凝胶新材料
碳气凝胶，作为一种新型材料，近年来备受瞩目。
它具有轻质、高强度、良好的热稳定性和化学稳定性等优点，被广泛应用于能源存储、吸附材料、催化剂载体等领域。
碳气凝胶的制备过程首先需要选择合适的前驱体，常用的有有机聚合物和无机盐。
然后，通过溶胶-凝胶法或熔融胶凝法将前驱体转化为凝胶。
最后，通过高温炭化或气化处理，除去凝胶中的有机成分，得到碳气凝胶。
碳气凝胶的微孔结构决定了它的吸附性能。
由于其高比表面积和丰富的孔隙结构，碳气凝胶能够吸附大量气体和液体分子。
这使得碳气凝胶在环境治理和能源存储方面具有潜在的应用价值。
例如，碳气凝胶可以作为催化剂载体，在化学反应中发挥重要作用。
它还可以用于吸附有毒气体和重金属离子，净化环境。
此外，碳气凝胶还可用于超级电容器和锂离子电池等能源存储领域，以提高能量密度和循环寿命。
除了上述应用，碳气凝胶还具有其他潜在的应用价值。
例如，在生物医药领域，碳气凝胶可以作为药物载体，用于控释药物，提高药物的效果。
在催化剂领域，碳气凝胶可以通过调控其孔结构和表面性质，提高催化剂的选择性和活性。
在能源领域，碳气凝胶可以用于太阳能电池和燃料电池，提高能源转化效率。
碳气凝胶作为一种新型材料，具有广泛的应用前景。
它的独特性能使其在环境治理、能源存储、催化剂等领域发挥重要作用。
随着科学技术的不断进步，碳气凝胶的制备工艺和应用方法也将不断完善，为人类带来更多的福祉。
碳纳米管在壳聚糖温敏凝胶中的应用研究进展
碳纳米管在壳聚糖温敏凝胶中的应用研究进展宋志刚;李桂华;李晓娟;郭亚可【摘要】随着复合材料的功能化和智能化的发展,温度敏感性凝胶的研究也不断深入.碳纳米管具有良好的热传导、电磁、光学性能,而且具有较大的比表面积和吸附性能,将功能化碳纳米管与各种聚合物复合制备温敏凝胶,可以增强温敏凝胶的缓释性、温度敏感性、pH响应性等,同时温敏凝胶也可增加碳纳米管的生物相容性,本文综述了碳纳米管和温敏凝胶在生物医学领域中的相关研究进展.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2019(047)008【总页数】3页(P19-20,46)【关键词】碳纳米管;壳聚糖;温敏凝胶;药物缓释载体【作者】宋志刚;李桂华;李晓娟;郭亚可【作者单位】石河子市人民医院,新疆石河子 832000;玛纳斯佳园医院,新疆玛纳斯 832200;石河子大学,新疆石河子 832000;石河子大学医学院第一附属医院,新疆石河子 832000【正文语种】中文【中图分类】R917自1991年日本科学家饭岛澄男(S. Iijima)发现碳纳米管后[1]，基于较高的比表面积和吸附性能、良好的热传导使碳纳米管迅速成为许多领域中优良的材料[2]。
近年来，CNTs在生物医药领域的研究已经成为重点，CNTs可以用作疏水性药物、活性蛋白质、iRNA和cDNA载体材料[3]。
近年来，生物可降解的纳米粒子作为药物载体的研究已经引起人们广泛的关注，但是纳米粒子容易被网状内皮系统捕获而被快速清除[4]。
壳聚糖温度敏感性凝胶(简称壳聚糖温敏凝胶)具有良好的生理中性、可成半固体性、并可以作为药物、活细胞载体，从而使其在生物医学领域得到广泛关注[5-8]。
1 碳纳米管随着碳纳米管制备技术的不断完善，其研究方向已开始转向其功能化等方面，目前对于高分散性甚至可溶性的碳纳米管的研究已经越来越多，其功能化分为两种：非共价修饰和共价修饰[9]。
1.1 碳纳米管的共价功能化碳纳米管共价功能化的方法很多，其中羧基化及其衍生反应是修饰CNTs相对简单而且非常成熟的方法[10]。
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
碳气凝胶的制备及润湿性能研究
碳气凝胶的制备及润湿性能研究近年来，由于碳气凝胶(CQ)在各种应用领域的广泛使用，已成为一种很受欢迎的智能材料。
碳气凝胶具有良好的力学性能、润湿性能和耐腐蚀性能，从而受到大家的广泛关注。
碳气凝胶的制备及其润湿性能的研究对于提高碳气凝胶的性能和拓展其应用具有重要作用。
碳气凝胶是一种高分子空气凝胶，其成分主要包括有机聚合物、气泡模型剂、结构弹性体和充填料。
有机聚合物是碳气凝胶的主要组分，能够起到承载空气单元的作用。
气泡模型剂主要是用来通过多孔颗粒结构产生气泡，从而形成支撑碳气凝胶空气单元的空腔。
结构弹性体可以改善碳气凝胶的机械性能，而充填料可以改善碳气凝胶的润湿性能。
碳气凝胶的制备有自由热固合法、凝胶热固合法和彩点热固合法。
自由热固合法是将有机聚合物、气泡模型剂、结构弹性体和充填料混合搅拌，然后加热，使混合物凝固结合，形成碳气凝胶。
凝胶热固合法是将有机聚合物、气泡模型剂、结构弹性体和充填料混合搅拌，然后配制成浆料，再将浆料加热，使混合物凝固结合，形成碳气凝胶。
彩点热固合法是将有机聚合物、气泡模型剂、结构弹性体和充填料混合搅拌，然后均匀涂布在事先准备好的基板上，再将基板加热，使混合物凝固结合，形成碳气凝胶。
碳气凝胶具有较好的润湿性能，它可以将其表面润湿性质应用于摩擦力学领域，在许多润湿性质的应用中可以改善摩擦和磨损性能。
研究表明，有机聚合物的含量、充填料的种类和结构弹性体的含量对碳气凝胶的润湿性能有显著影响。
为了提高碳气凝胶的润湿性能，可以采用增加有机聚合物含量、改变充填料种类和加入结构弹性体等方法。
更加精确地调节碳气凝胶的制备工艺参数，如温度、压力等，可以进一步提高碳气凝胶的润湿性能。
因此，碳气凝胶的制备及其润湿性能的研究可以提高碳气凝胶的性能，从而实现拓展其应用。
综上所述，通过改变碳气凝胶的制备条件，研究不同的组分对碳气凝胶的润湿性能的影响，可以调节碳气凝胶的润湿性能。
未来，可以采用更多研究设计新型碳气凝胶材料，以满足更广泛的应用需求。
《LaFeO3纳米颗粒的丙酮及乙二醇甲醚气敏性能优化研究》范文
《LaFeO3纳米颗粒的丙酮及乙二醇甲醚气敏性能优化研究》篇一一、引言随着科技的发展，对气敏传感器性能的要求日益提高，尤其是在有毒、有害和易燃气体检测方面的需求日益增强。
在众多气敏材料中，LaFeO3因其具有优异的化学稳定性和良好的气敏性能，被广泛用于气体传感器的制备。
本篇论文旨在研究LaFeO3纳米颗粒对丙酮及乙二醇甲醚的气敏性能优化，以期为相关领域提供理论依据和实践指导。
二、实验材料与方法1. 材料准备本实验所需材料包括LaFeO3纳米颗粒、丙酮、乙二醇甲醚等。
所有材料均经过严格筛选和预处理，以保证实验结果的准确性。
2. 实验方法采用溶胶-凝胶法合成LaFeO3纳米颗粒，并通过热处理、球磨等工艺优化其性能。
采用气敏测试法，分别对LaFeO3纳米颗粒在丙酮及乙二醇甲醚环境下的气敏性能进行测试和分析。
三、LaFeO3纳米颗粒的制备与表征1. 制备过程本实验采用溶胶-凝胶法合成LaFeO3纳米颗粒。
首先，将适量La2O3和Fe(NO3)3混合溶解在溶剂中，形成溶胶。
然后通过蒸发、热处理等工艺，形成凝胶。
最后，通过球磨、热处理等工艺得到LaFeO3纳米颗粒。
2. 性能表征通过XRD、SEM、TEM等手段对LaFeO3纳米颗粒的晶体结构、形貌和粒径进行表征。
结果表明，LaFeO3纳米颗粒具有较好的结晶度和均匀的粒径分布。
四、LaFeO3纳米颗粒对丙酮及乙二醇甲醚的气敏性能研究1. 丙酮气敏性能研究在丙酮环境下，测试LaFeO3纳米颗粒的气敏性能。
结果表明，LaFeO3纳米颗粒对丙酮具有较好的敏感性和选择性。
通过优化其制备工艺和表面修饰等方法，可进一步提高其气敏性能。
2. 乙二醇甲醚气敏性能研究同样地，在乙二醇甲醚环境下测试LaFeO3纳米颗粒的气敏性能。
结果显示，LaFeO3纳米颗粒对乙二醇甲醚也具有良好的敏感性和选择性。
与丙酮类似，通过优化其制备工艺和表面修饰等方法，可进一步提高其对乙二醇甲醚的气敏性能。
纳米SnO2对CO的气敏性能研究
Ｖｏ ． ５ ＮＯ １ １２ ．
新 乡学 院 学报 （ 自然 科 学版 ）
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＸｉｘａ ｇ Ｕｎｖ ｒｉ （ ｔ ｒｌＳ ｉｎ ｅＥ ｉｉｎ ｏ ｒ ａ ｎ ｉｎ ｉｅｓｔ Ｎａｕ ａ ｃｅ ｃ ｄｔ ） ｏ ｙ ｏ
２０ ０ ８年 ３月
０ 引 言
并采 用 传 统 方 法 制 备 成 旁 热式 气 敏 元 件 ， 究 了 研
对Ｃ Ｏ的气 敏 性 能 。
１ 实验部 分
由于 锡 的 许 多 化 合 物 具 有 熔 点 高 、 学 性 质 化
稳 定 、 易 与强 酸 强 碱 反 应 等 独 特 光 学 、 不 电学 及 催 化 性 能 ， 广 泛 用 于 半 导 体 、 感 器 、 池 、 化 被 传 电 催
Ｃ 具 有 ４ ５ 的 高 灵敏 度 。 ０ ．倍 关 键 词 ： 解一 解 法 ；ｎ 纳 米材 料 ； 溶 热 ＳＯ ； 酒敏 性 能 中 图分 类 号 ： ６ ８ ０ ４ 文 献标 志码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ ４ ３ ２ （ ０ ８ ０ — ０ ７ ０ １ ７ — ３ ６ ２ ０ ） １０ ３ — ３
Ｋｅ ｏ ｄ ： ｉｓ ｌ ｔ ｎ ｐ ｒ ｄ ｓｓｍｅ ｈ ｄ；Ｓ Ｏ２ ｙ ｗ ｒ ｓ ｄ ｓ ｏ ｕ ｉ － ｙ ｏ ｙ ｉ ｔ ｏ ｏ ｎ ；ｎ ｎ ｓｚ ｄ ｍａ ｅ ｉｌ ｌ ｏ ｏ ｅ ｓｎ ｒ ｐ ｒ ｙ ａ ｏ ｉｅ ｔ ｒａ ；ａ ｃ ｈ ｌｓ ｎ ｉ ｇ ｐ ｏ ｅ ｔ
Ｍ ａ ．２ ０８ ｒ ０
纳米 Ｓ Ｏ 对 ＣＯ 的气 敏 性能 研 究 ｎ
梁 慧君 张 静 娄 向 东。 王 晓兵 。 ， ， ，
（ ． 乡 学 院 化 学 系 ， 南 新 乡 ４ ３０ ；． 河 医学 高 等 专 科 学 校 教 务 处 ， 南 漯 河 ４ ２ ０ ； １新 河 ５０３２漯 河 ６０ ２ ３ 河 南 师 范 大 学 化 学 与 环 境 科 学 学 院 ， 南 新 乡 ４ ３０ ） ． 河 ５ ０ ７
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。