具有分子識別能力的氣敏導電復合材料.pdf

1、具有氣敏功能的填充型聚合物基導電復合材料的研究與開發(fā)由于具有廣闊的應用前景和重要的理論研究意義而越來越受到人們的廣泛關(guān)注。由于組成復合材料基體結(jié)構(gòu)和種類的多樣性，不同的復合材料在不同的溶劑蒸汽中會有不同的氣敏響應行為，因此在一定條件下可以定性甚至定量鑒別某種溶劑蒸汽。然而，由炭黑填充單一聚合物基組成的復合材料并不具有分子識別能力，在一定程度上又限制了氣敏復合材料的應用。 環(huán)糊精具有“內(nèi)疏水，外親水”的獨特結(jié)構(gòu)特征，它的疏水空腔可

2、以選擇結(jié)合大小、形狀及結(jié)構(gòu)合適的分子或離子，是一種很好的分子識別主體材料。我們根據(jù)這一特性在聚合物體系中引入具有分子識別能力的環(huán)糊精單元，利用環(huán)糊精空腔的獨特的分子識別能力，制備了一系列具有分子識別能力的氣敏導電復合材料。通過研究CB/共聚物復合材料在多種不同溶劑蒸汽壓中的響應規(guī)律，探討不同溶劑蒸汽的分子尺寸與復合材料響應程度之間的關(guān)系，從而揭示氣敏導電復合材料的分子識別機理。研究結(jié)果表明： 1．炭黑填充環(huán)糊精嵌段共聚物復合材料

3、對不同的溶劑蒸汽有不同的氣敏響應。復合材料的氣敏響應度與溶劑蒸汽的分子尺寸與介電常數(shù)有關(guān)，只有當溶劑蒸汽分子的介電常數(shù)較低且具有和環(huán)糊精空腔相匹配的尺寸時，溶劑蒸汽分子才可以進入環(huán)糊精的空腔中。復合材料的氣敏響應度隨溶劑蒸汽分子的尺寸增大而減小。相對于同一種溶劑蒸汽而言，復合材料的氣敏響應度與共聚物基體中環(huán)糊精的空腔大小有關(guān)，環(huán)糊精空腔尺寸越大，復合材料的氣敏響應度也越大。 2．利用CB/CDs-b-PPG復合材料中環(huán)糊精組分的

4、不同的空腔尺寸，通過三種復合材料對溶劑蒸汽中的最大氣敏響應度的測試，可以定性判斷所檢測的溶劑蒸汽的種類和尺寸。 3．通過NMR及吸附動力學研究發(fā)現(xiàn)，復合材料的氣敏響應取決于溶劑蒸汽分子在環(huán)糊精空腔中的吸附，當溶劑蒸汽分子進入環(huán)糊精空腔后會導致空腔結(jié)構(gòu)的變化，從而破壞由炭黑粒子組成的導電網(wǎng)絡，復合材料的電阻增大。 4．CB/β-CD-b-PBS復合材料的氣敏響應速度與聚合物基體中結(jié)晶組分的含量有關(guān)，在低于聚合物的熔融溫度且溶劑蒸汽

5、壓很低時，復合材料的氣敏響應速度和吸附速度基本一致：當溶劑蒸汽壓增高時，結(jié)晶區(qū)域的溶解會對復合材料的氣敏響應速度產(chǎn)生很大影響，復合材料的氣敏響應速度隨著結(jié)晶組分的減少而增大。另一方面，溶劑蒸汽壓以及環(huán)境溫度都會對復合材料的氣敏響應行為產(chǎn)生影響。 5．在溫度對復合材料氣敏響應行為影響的研究中，溫度的升高會同時增加復合材料在溶劑蒸汽中的氣敏響應速率和吸附速率。當環(huán)境溫度低于β-CD-b-PBS共聚物的熔融溫度時，復合材料的吸附速率和

6、響應速率與溫度的關(guān)系符合Arrhenius方程：當環(huán)境溫度高于β-CD-b-PBS共聚物的熔融溫度時，無論是復合材料的氣敏響應速率或吸附速率都會出現(xiàn)一個突增，這與β-CD-b-PBS共聚物基體中的結(jié)晶組分熔融有關(guān)，Arrhenius方程不再適用于該溫度下活化能的計算。 6．復合材料對低蒸汽壓的溶劑蒸汽具有良好的氣敏響應能力，且復合材料具有良好的回復性和氣敏響應重復性。當環(huán)糊精嵌段共聚物軟段為PPG或PDEA組分時，復合材料具有很