作者：Shaohua Wu
导师：张洪斌教授
研究方向
· 高分子材料流变学和高分子物理化学
Rheology & physical chemistry of polymer materials
· 健康和生物材料用高分子
Polymers for health & biomaterials
· 多糖类生物活性大分子的分子表征、溶液、乳液和水凝胶
Molecular characterization, solutions, emulsions & hydrogels of polysaccharides
· 亲水胶体和天然高分子功能化及工业应用
Functionalization & industrial applications of hydrocolloids & natural polymers
科研项目
主持和参加国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基金重大项目、973、“十三五”国家重点研发计划及国内、国际企业合作项目等多项课题研究。目前主持国家自然科学基金项目2项、“十三五”重点专项子课题2项。
发表期刊：Sensors and Actuators B: Chemical（IF=9）
通讯单位:上海交通大学
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文章内容
文章概论
Introduction of the Article
Shaohua Wu等人采用静电纺丝与原位溶液聚合相结合的方法，制备了由聚苯胺(PANI)/聚丙烯腈(PAN)纳米纤维组成的导电聚合物基单纱。
合成过程：首先将PAN溶解在N, N-二甲基甲酰胺(DMF)中作为静电纺丝溶液。随后，通过原位化学氧化聚合在静电纺丝PAN UANY的PAN纳米纤维表面合成PANI层，生成如图所示的芯-鞘PANI/PAN纳米纤维。
科研一席话
图中展示了新型静电纺丝装置的原理图（上）和核-鞘PANI/PAN纳米纤维组成的UACNY的制备原理图（下）。
传感性能
PANI/PAN UACNY对氨的传感性能：室温下PANI/PAN UACNY传感器对NH3在10 - 2000ppm浓度范围内的动态电阻变化，可以看出纱线对NH3气体表现出良好的响应，且该传感器的响应电阻随着NH3浓度的升高而增大。图B为室温下不同NH3浓度下PANI/PAN UACNY的响应和恢复时间的变化情况。动态响应曲线描述了响应和恢复时间（图A）。当NH3浓度为200 ppm时，反应时间为9 s，恢复时间为37s。
图为(A) PANI/PAN UACNY传感器在室温下暴露于10 - 2000ppm NH3的电阻瞬态。(B)常温下不同NH3浓度下PANI/PAN UACNY传感器的响应时间和恢复时间。(C)室温下PANI/PAN UACNY传感器响应对NH3浓度的依赖性。（D）传感器的稳定性研究，在室温下暴露固定浓度的100ppm NH3 28天后进行传感研究。插图显示了PANI/PAN UACNY传感器在室温下低NH3浓度(10ppm至100ppm)下的响应值
图C表明，即使是最低浓度的10ppm NH3，响应也在3.5左右，且随着NH3浓度的增加，响应值明显增大。图D展示了该材料在一个月内的稳定性。
PANI/PAN UACNY对氨的传感机制：该气体传感器的机理源于NH3向PANI/PAN UACNY中的扩散以及NH3与PANI的反应。此外PANI/PAN UACNY对NH3的快速响应和高灵敏度的优异传感性能可以从另一个方面解释，即图B中PANI/PAN UA CNY传感器的结构。NH3分子的吸收和扩散行为与PANI/PAN UACNY的微观结构直接相关。首先，UACNY传感器中的纳米尺寸同轴PANI/PAN纳米纤维（约667.0nm）表现出高的表面体积比，这可以为NH3分子的吸附提供更多的位点。其次，PANI/PAN UACNY使单个纳米纤维的长度几乎相似，位于两个电极之间，其平行排列结构能够加速电信号的单向传输，与其他纳米结构组件（如纳米结构膜或随机排列的纳米纤维垫）相比，可以明显提高基于纳米纤维的传感器的响应和恢复性能。具体如下图：
科研一席话
制备的PANI/PAN UACNY传感器对NH3的传感机理:(A) PANI-A -(祖母绿盐)-PANI祖母绿碱的脱质子-重传过程。A−为酸掺杂剂SSA的阴离子基;(B)PANI/PAN UACNY传感器的敏化机制示意图模型。
转自：“科研一席话”微信公众号
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