PSS-PANI/PVDF复合材料基柔性NH3在室温下具有亚ppm级检测功能的传感器

通讯作者：宋伟杰教授

通讯单位：宁波材料技术与工程研究所

研究方向：纳米薄膜及现代表面分析技术研究工作

电子邮件：weijiesong@nimte.ac.cn

期刊介绍

Sensors & Actuators， B：Chemical （IF=9.221）是一本跨学科期刊，致力于发表化学传感器和生物传感器、化学致动器和分析微系统领域的研究和开发。该期刊旨在推广原创作品，这些作品在这些领域表现出超越当前技术水平的重大进展，以及解决有意义的分析问题的适用性。

该期刊的范围包括但不限于以下领域：

• 新型化学传感和生物传感概念、机制和检测原理

• 化学传感器和生物传感器

的开发 • 化学传感器、生物传感器、芯片检测装置和化学执行器的制造技术

• 化学致动器，包括软致动器、微电机和纳米电机、微流体元件

• 光子和生物光子传感器以及化学传感系统 • 芯片实验室、微全分析系统 （μTAS） 和其他生物芯片和微阵列系统

• 传感器和传感器阵列化学计量学

研究概况

research overview

宋伟杰课题组等提出了一种以聚苯胺（PANI）为基础，以聚苯乙烯磺酸（PSS）为添加剂的改进型氨（NH3）传感器。结果表明，适当添加PSS可以显著改善传感器对NH3的响应。PSSPAN/PVDF膜传感器响应提高到约70%，这是纯PANI/PVDF膜的2.8倍，在室温下对1ppm NH3的响应为25%。此外，对于0.1ppm NH3，它仍然表现出9.4%的优异响应。响应时间160s，恢复时间400s。

图为PSS-PANI/PVDF膜对NH3的响应:(a)连续响应-恢复曲线(b)动态响应-恢复循环;(c)传感器与PANI/PVDF薄膜相比的再现性;(d)不同NH3浓度时。(所有样品均在25℃、65% RH下测量)

合成方法

Method

采用原位氧化化学合成聚苯胺的方法，只不过加入的基底为PVDF膜，待到聚苯胺颗粒在PVDF膜表面生长完全后转移至PSS水溶液中，使得PANI与PSS吸附。最后，通过丝网印刷法在薄膜表面制备银叉指电极。具体如下图所示：

图为PSS-PANI/PVDF膜制备工艺示意图。

/ 传感机制/

    PSS-PANI/PVDF膜表现出优异的NH3传感能力，这可归因于三个因素的相互作用：PANI的独特氧化还原性能、PVDF膜的分级多孔结构和PSS阴离子链的更活性位点提供器。PVDF膜作为柔性多孔模板，在增加膜表面与NH3的接触面积方面发挥了重要作用，从而提高了膜对NH3的传感性能。此外，接枝在PANI中的PSS阴离子链可以提供许多–SO3H基团。PSS阴离子链中–SO3H基团的一端在其界面与PANI中的苯丙胺（-NH-）结合。–SO3H基团的另一端可以捕获NH3分子并将电子转移到PANI，这会增加PANI的电阻并改善传感器对NH3的响应。如图：

图为PSS-PANI/PVDF薄膜传感机制原理图。

转自：“科研一席话”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！