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化工学院创新研究基金答辩. 气相生长纳米炭纤维 / 聚合物基 复合材料气敏性能的研究. 学 生： 宋 维 导 师： 符若文 教 授 张 斌 博士生. 1. 背景介绍 2. 研究的目的与意义 3. 实验与讨论 4. 结论 5. 致谢. 化工学院创新研究基金答辩. 目 录. 化工学院创新研究基金答辩. 1. 背景介绍. 1.1 什么是气敏型聚合物基复合材料. 传 统 的 观 点. 化工学院创新研究基金答辩. 1.2 气敏型聚合物基复合材料的应用. 环境监测保护. 溶剂泄漏检测. 有毒有害蒸气检测. 传感器 电子鼻 电子舌.
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化工学院创新研究基金答辩 气相生长纳米炭纤维/聚合物基 复合材料气敏性能的研究 学 生：宋 维 导 师：符若文教 授 张 斌博士生
1.背景介绍 2.研究的目的与意义 3.实验与讨论 4.结论 5.致谢 化工学院创新研究基金答辩 目 录
化工学院创新研究基金答辩 1.背景介绍 1.1 什么是气敏型聚合物基复合材料 传 统 的 观 点
化工学院创新研究基金答辩 1.2 气敏型聚合物基复合材料的应用 环境监测保护 溶剂泄漏检测 有毒有害蒸气检测 传感器 电子鼻 电子舌
化工学院创新研究基金答辩 1.3 气敏型聚合物基复合材料的研究现状 Tsubokawa等 Grafted 碳黑 Lewis等 Arrays Nakis等 Mixed Matrices Zhang等 Ungrafted Functionalized Varadan等 MWCNT 炭纳米管 1.3.1填料 Zhang等 Unfunctionalized Lee等 SWCNT Tsubokawa等 Grafted 气相生长炭纤维 Zhang等 Ungrafted
化工学院创新研究基金答辩 溶液共混法 熔融共混法 1.3.2 制备方法 原位聚合法 乳液共混法
化工学院创新研究基金答辩 1.4 气敏型聚合物基复合材料的工作原理 1.4.1 逾渗-溶胀理论:Narkis M.（以色列） Marquez A.（墨西哥） Lewis N.S.（美国） 1.4.2 结晶学说: Tsubokawa N.（日本） 1.4.3 吸附－溶胀理论: Zhang M.Q.（中国） 1.4.4 填料－吸附理论: Varadan V.K.（美国）
化工学院创新研究基金答辩 2.研究的目的与意义 正蒸气PVC（positive vapor coefficient）效应——电阻上升 负蒸气NVC（negative vapor coefficient）效应——电阻下降 低含量 氢键破坏 导电网络再形成 ？？？聚苯乙烯？？？ ？？？聚甲基丙烯酸甲酯？？？
化工学院创新研究基金答辩 3.实验结果与讨论 3.1 溶 液 共 混 法
化工学院创新研究基金答辩 3.2 复合材料气敏性能测试装置
化工学院创新研究基金答辩 3.3 结果与讨论 Figure 1. Resistance response of the composites in THF vapor Figure 2. Resistance response of the composites in CHCl3 vapor
VGCNF/ PMMA VGCNF/PS Figure 3. The relationship between maximum resistance response of the composites and fillers content in THF vapor and CHCl3 vapor VGCNF/PS/ PMMA 化工学院创新研究基金答辩
Figure 4. Resistance response of the composites(0.5% filler weight) and blank electrodes in THF vapor Figure 5. Resistance response of the composites (0.5% filler weight) and blank electrodes in CHCl3 vapor 化工学院创新研究基金答辩
(a) VGCNF/PMMA (b) VGCNF/ PS (c) VGCNF/PMMA/PS Figure6. Resistance response of the 0. 5wt％ composites in vapors of THFand CHCl3
化工学院创新研究基金答辩 Figure7. Resistance response of the blank electrodes in vapors of THFand CHCl3 (a) In THF vapor (b) In CHCl3 vapor
化工学院创新研究基金答辩 (a) Blank Electrodes (b) 0.5wt %VGCNF/PMMA/PS Figure8. Resistance response of the Blank Electrodesand composites in water vapor
Vapors THF CHCl3C6H6 CH3COCH3 C6H14 C6H12H2O CH3OH PS(ohm) 1.50x107 6.60x1072.00x109 9.47x1062.00x109 2.00x1093.82x106 1.81x106 PMMA(ohm) 8.40x106 3.00x1072.00x109 6.98x1062.00x109 2.00x1091.36x106 2.09x106 PMMA+PS(ohm) 8.90x106 5.50x1071.21x109 7.46x1062.00x109 2.00x1091.38x106 5.30x106 Blank(ohm) 5.81x106 3.00x1072.00x109 2.98x1062.00x109 2.00x1097.36x105 2.80x106 Sol(ohm) 4.30x106 1.63x1072.31x108 1.36x1061.23x108 4.30x1075.00x105 2.11x104 ε 7.58 4.90 2.28 20.70 1.89 2.0580.10 31.2 化工学院创新研究基金答辩 Table 1. Minimum resistance responses of VGCNF/Polymer composites for various vapors and parameters of solvent εPS: 2.45－3.10 εPMMA: 3.3－3.9 VGCNF的含量为0.5wt％ 电阻下降：由于基体溶胀使导电填料与基体之间形成的H健遭到破坏，从而导电填料在基体中重新凝聚形成导电通路所致。
化工学院创新研究基金答辩 (a) VGCNF/PS (b)VGCNF/PMMA (c)VGCNF/PMMA/PS Figure 9. SEM photograph of the composites with 0.5% weight content of VGCNF in matrix 导致材料电阻下降的原因： （1）溶剂的电阻远远小于复合材料的电阻； （2）有机蒸气形成导电网络。
Vapors THF CHCl3 C6H6 C6H5CH3 CCl4 CH3CO2C2H5 PS 1.87x105 3.10x105 2.03x105 1.44x105 6.12x102 9.51x105 PMMA 1.63x104 1.03x105 2.23x105 3.30x105 2.82x105 3.13x105 PMMA+PS 1.88x105 3.30x105 5.73x105 3.05x105 1.32x106 4.00x105 Sol(ohm) 4.30x106 1.63x107 2.31x108 1.13x108 1.26x108 7.14x106 Blank(ohm) 5.81x106 3.00x107 2.00x109 2.00x109 2.00x109 2.80x107 ε 7.58 4.90 2.28 2.24 2.238 6.02 Vapors C2H5OC2H5 CH2Cl2 CH3COCH3 MMA C6H5CHCH2 C6H14 PS 6.70x105 1.27x105 3.60x104 7.31x104 7.57x104 5.89x106 PMMA 1.76x105 8.67x104 2.14x105 1.95x105 2.03x105 1.02 PMMA+PS 1.45x105 2.97x105 3.30x105 4.98x105 3.39x105 3.09 Sol(ohm) 1.20x108 3.86x105 1.36x106 3.49x106 4.77x108 1.23x108 Blank(ohm) 1.31x108 1.50x107 2.98x106 7.20x106 2.00x109 2.00x109 ε 4.197 9.1 20.70 - 2.4527 1.89 Vapors C6H12 H2O CH3OH C2H5OH C3H7OH PS 2.08x106 1.03 1.11x10 9.01 2.23x10 PMMA 1.05 1.08 3.58x103 3.90x102 1.39 PMMA+PS 2.62 1.09 1.48x102 2.30x10 2.60x10 Sol (ohm) 4.30x107 5.00x105 2.11x104 1.12x106 3.28x106 Blank(ohm) 2.00x109 7.36x105 2.80x105 2.20x106 1.19x106 ε 2.052 80.10 31.2 25.7 22.2 Table2. Maximum resistance responses of VGCNF/Polymer composites for various vapors and parameters of organic solvent
Contents 0.5 3 5 7 10 12.5 15 20 PS(ohm) 1.50x107 4.33x108 1.02x107 1.10x107 1.81x106 5.50x105 3.37x104 1.37x104 PMMA(ohm) 1.02x106 1.74x107 1.90x106 2.28x106 1.14x106 1.19x105 6.20x104 6.49x104 PMMA+PS(ohm) 8.90x106 6.00x107 6.60x106 6.58x106 5.98x105 3.14x105 7.61x104 4.54x104 Contents 0.5 3 5 7 10 12.5 15 20 PS(ohm) 6.60x107 7.35x108 1.26x107 6.38x107 1.62x106 1.22x106 4.13x104 2.35x104 PMMA(ohm) 3.00x107 9.70x107 3.30x107 1.72x107 7.05x106 3.28x106 7.80x105 1.30x105 PMMA+PS(ohm) 5.50x107 8.90x107 2.76x107 1.09x107 3.09x106 1.96x106 1.44x106 3.92x105 化工学院创新研究基金答辩 Table3. The relationship between resistance response of the composites and fillers content in vapors of THFand CHCl3 THF CHCl3
化工学院创新研究基金答辩 Figure 9. Electric model of the composites in vapors (a) Solvable (b) Unsolvable
化工学院创新研究基金答辩 4.结论 1.当复合材料的电阻大于有机溶剂的电阻时，气敏材料在有机蒸气中电阻下升，表现为负蒸气效应，即NVC(Negative Vapor Coefficient)效应。 2.当复合材料的电阻小于有机溶剂的电阻时，气敏材料在有机蒸气中电阻上升，表现为正蒸气效应，即 PVC(Positive Vapor Coefficient)效应。
化工学院创新研究基金答辩 创 新 总 结 1.在实验的过程中，本人的动手实验能力、发现问题分析问题以及解决问题的都得到了很大的提高。 2.本实验基本达到了预期的成果，制备了性能较好的气敏型复合材料，对气敏响应机理和导电机理进行了初步的研究和推断；但是对于水蒸气对材料气敏性能的影响还需要进一步的研究，这是以后工作的一个重点。
化工学院创新研究基金答辩 在学期间已发表和待发表的文章 1.张斌，宋维，符若文，章明秋，董先明，赵斌. 炭黑/聚苯乙烯复合材料在环境监测方面的应用.环境技术，2004（5）：28－30 2.Bin Zhang, Wei Song， Dingcai Wu，Ruowen Fu, Mingqui Zhang, Bin Zhao. Performance of the Composites from Polystyrene Filling with Carbon Aerogel as Gas Sensors.(已送审) 3.张斌，宋维，符若文，章明秋，赵斌. 炭气凝胶/聚甲基丙烯酸甲酯复合材料气敏性能的研究.广东省复合材料学会会议（已提交摘要）
化工学院创新研究基金答辩 致 谢 非常感谢尊敬的导师符若文教授和张斌师兄在学习和生活上给我悉心的指导和帮助； 同时感谢各位老师、师兄师姐以及同学给我的 有义的指导和帮助； 非常感谢中山大学化学与化学工程学院创新基金的资助。
化工学院创新研究基金答辩 谢 谢 ! 欢迎大家批评指正
