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1、電子科技大學(xué)博士學(xué)位論文電子聚合物氣、濕敏特性及機(jī)理研究姓名：蔣亞東申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：材料物理與化學(xué)指導(dǎo)教師：楊邦朝;楊大本2001.4.1電子聚合物氣、濕敏特性及機(jī)理研究摘要本文對(duì)“電子聚合物及器件”這一國際上十分活躍的新興研究領(lǐng)域中“電子聚合物氣、濕敏特性及機(jī)理”進(jìn)行了研究／重點(diǎn)對(duì)電子聚合物氮系氫、氧化氣體(NH，、N0，)敏和非線性濕敏開關(guān)特性方面進(jìn)行了大量的研究。研究了電子聚合物敏感材料、結(jié)構(gòu)與特性、傳感器制作中的有關(guān)基礎(chǔ)問題和關(guān)鍵技術(shù)，}本研究工作的主要貢獻(xiàn)和研究成果：1．分析了聚合物基復(fù)合導(dǎo)電材料的導(dǎo)電機(jī)理，在理論上
2、從聚合物的溶脹效應(yīng)出發(fā)，闡明了聚合物基復(fù)合材料的氣敏效應(yīng)以及聚合物基復(fù)合材料的氣敏效應(yīng)與聚合物的溶脹效應(yīng)的關(guān)系，并首次對(duì)聚合物基復(fù)合敏感材料的特點(diǎn)及原則和界面設(shè)計(jì)原理進(jìn)行了分析闡述；從廣義有效介質(zhì)方程出發(fā)，對(duì)聚合物基復(fù)合氣(濕)敏材料與復(fù)合體系中組成參數(shù)的關(guān)系進(jìn)行了分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)，得出以下重要結(jié)論：(1)聚合物氣、濕敏材料首先應(yīng)取決于聚合物基體材料，不同性質(zhì)的氣體(或濕度)應(yīng)選擇不同類型的聚合物材料；(2)復(fù)合材料的氣敏(濕敏)特性與導(dǎo)電相的體積含量有著密切的關(guān)系，在聚合物基體材料確定的情況下，導(dǎo)電相的含量在滲流閥值右側(cè)附近存在一個(gè)決
3、定氣敏(或濕敏)特性的最佳值中。，復(fù)合材料電阻率的相對(duì)變化量在這一點(diǎn)達(dá)到最大值，當(dāng)導(dǎo)電相含量處于中。附近一個(gè)很窄的范圍內(nèi)時(shí)，復(fù)合氣敏(濕敏)材料具有較好的敏感特性。)2．本文首次從吡咯單體的化學(xué)氧化聚合的微觀動(dòng)力學(xué)出發(fā)，推導(dǎo)了吡咯化學(xué)氧化聚合(在具體條件下)的宏觀動(dòng)力學(xué)方程。f通過對(duì)聚吡咯亞微米薄膜的實(shí)驗(yàn)研究，首次研制出了聚吡咯亞微米氨敏薄膜。研究結(jié)果表明：聚毗咯化學(xué)氧化聚合動(dòng)力學(xué)方程的理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果有很好的擬合性，說明本文提出的吡咯單體的氧化聚合機(jī)制、微觀動(dòng)力學(xué)過程及宏觀動(dòng)力學(xué)方程具有合理性和適用性。研制出的聚吡咯亞微米薄膜的氨敏特
4、性為：濃度檢測范圍0～50ppm，工作溫度-10～+60"C，響應(yīng)時(shí)問T，≤1min，薄膜厚度0．01～1um。同時(shí)運(yùn)用了半導(dǎo)體原理和界面吸附理論對(duì)其敏感機(jī)理進(jìn)行了研究。＼3．本文采用化學(xué)氧化聚合和電化學(xué)聚合法合成了研制二氧化氮(No，)聚苯胺自組裝超薄膜所需的部分原材料，并采用了紅外及紫外可見光譜法對(duì)合成的材料進(jìn)行了分析與表征。(根據(jù)聚苯胺超薄膜特有的性質(zhì)，首次采用摻雜誘導(dǎo)沉積法研制了聚苯胺自組裝超薄復(fù)合敏感膜，傳感功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為基片型叉指電子科技大學(xué)博士學(xué)位論文式超薄膜。其二氧化氮(No：)敏感特性：氣體濃度檢測范圍1-100pp
5、m；響應(yīng)時(shí)間一，≤30Sec．，并對(duì)其敏感機(jī)理進(jìn)行了分析研究。：4．首次研究了電子聚合物為基的非線性濕敏材料：包括羧甲基纖維素基敏感聚合物材料，復(fù)合感濕膜及原理和相應(yīng)工藝、處理控制技術(shù)。悴先研究了非線性濕敏傳感器的器件結(jié)構(gòu)，確定了電極為叉指電極，器件結(jié)構(gòu)為基片式電阻型復(fù)合膜器件結(jié)構(gòu)，以及相應(yīng)的工藝和處理制備技術(shù)。該傳感器首次實(shí)現(xiàn)了在高濕度(80～100％Pa-I)范圍內(nèi)，突變開關(guān)點(diǎn)可調(diào)；主要技術(shù)指標(biāo)：使用范圍：0-100％RH；檢測范圍：80～100％RH；濕阻變化范圍：RH<75％RH，R<20KQ；I出>80％RH，R>100KQ
6、；響應(yīng)時(shí)間：T，一<5Sec。確定了非線性濕敏傳感器開關(guān)特性好、快響應(yīng)、濕滯小、工作溫度范圍寬、穩(wěn)定性好、耐污染、無需加熱器等特點(diǎn)的非線性開關(guān)綜合濕敏特性。同時(shí)將宏觀非線性濕敏特性與微觀結(jié)構(gòu)相結(jié)合，運(yùn)用了半導(dǎo)體原理對(duì)其敏感機(jī)理進(jìn)行了研究，并建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)物理模型和進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬，得到了較好的結(jié)果。。關(guān)鍵詞電子聚合物復(fù)合材料氣敏材料濕敏材料傳感器電子聚合物氣、濕敏特性及機(jī)理研究ABSTRACTGasandhumiditysensingpropertiesandmechanismofelectronicpolymerarestudie
7、dinthispaper,whichisanactivefield．Especially,agreatdealinvestigationhavebeendoneonNH3andN02gassensingpropertiesandnonlinearhumidityswitcheffect，includingsomerelatedbasisquestionsandtechnologykeysofelectronicpolymersensitivematerials，structureandproperties，sensorpreparat
8、ion．Themainresearchworkareasfollows：1．Themechanismofpolymerbasedconductivecompositeisanalyzed．Accordingswellin
