纤维素基气敏传感器的制备及其应用研究进展

纤维素作为世界上来源最广、含量最丰富的可降解、可再生绿色材料,其研究价值显而易见。近年来,基于纤维素材料的气敏传感器研究受到了国内外学者的广泛关注,并取得了长足的进展。本文主要介绍了基于纳米纤维素及其复合材料的气敏传感器制备方法。同时,对基于纳米纤维素材料的气敏传感器在环境监测、医疗卫生、食品安全领域的应用进行了分析和总结。     

纤维素基柔性压力传感器及其性能表征

利用3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MPS)对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行改性,通过水浴成型制备形状可逆的纤维素/MWCNTs空间导电网络并用作柔性压力传感器;利用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、X射线衍射仪(XRD)对压力传感器的性能进行表征,探讨了MPS改性MWCNTs的结合牢度及该压力传感器的力学性能和灵敏度。结果表明,MPS改性MWCNTs可均匀分散在纤维素基材表面,使得传感器结构中羟基和C—H单元增多,但对基材的结晶结构影响不显著;含10 wt%MPS改性MWCNTs的压力传感器经20次洗涤后的电阻值较洗涤前仅提高了7. 7%,导电性能略微降低;当应变量为55%、MPS改性MWCNTs含量由1 wt%增至10 wt%时,压力传感器所需应力提高了180. 3%,达87. 2 kPa;压力传感器的灵敏度总体随着MPS改性MWCNTs含量的增加而提高,当MPS改性MWCNTs含量为10 wt%时,外界压强从0提高至30 kPa会使压力传感器电阻值降低63. 2%。     

聚酰胺66/氨基化多壁碳纳米管纤维制备及其性能

为提高聚酰胺66(PA66)纤维的力学性能,将羧基化碳纳米管(CMWNTs)与乙二胺(EA)进行功能化反应得到氨基化碳纳米管(AMWNTs),再将AMWNTs与PA66盐原位聚合制备AMWNTs掺杂PA66材料(PACNTs),并通过熔融纺丝制备成纤维。采用热重分析仪、差示扫描量热仪、X射线衍射仪及单纤维强力仪等对PA66和PACNTs纤维进行结构和性能表征。结果表明:PACNTs纤维的熔点随着AMWNTs的加入向低温方向移动,AMWNTs的加入使PA66分子质量下降,PACNTs纤维的结晶温度向高温方向移动,AMWNTs起到异相成核作用;随着AMWNTs的加入,PACNTs纤维的拉伸强度和弹性模量增加,当AMWNTs质量分数为0.5%时,PACNTs纤维的拉伸强度和弹性模量达到最大,比纯PA66纤维分别提高了约157%和455%。     

改性多壁碳纳米管的制备及吸附甲基橙的性能研究

通过KMnO₄氧化改性MWCNTs制备了H₂O₂-MWCNTs复合材料,并对甲基橙(MO)染料进行吸附实验,用扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)和比表面积(BET)对制备的KMnO₄-MWCNTs进行物理化学特性表征。同时研究了吸附时间、溶液初始浓度和离子强度对吸附性能的影响,KMnO₄-MWCNTs对MOD的吸附过程符合拟二级动力学模型和Langmuir等温线模型。最后,对多壁碳纳米管吸附染料的方向进行了展望。     

ZnO气敏陶瓷的制备与气敏性能研究

ＺｎＯ气敏陶瓷的制备与气敏性能研究徐甲强，朱文会，陈源（化学工程系）关键词氧化锌；陶瓷微结构；气敏材料中图分类号ＴＮ３０４．９９ＴＱ１７４．０５ＺｎＯ是一种ｎ型半导体材料，具有多种功能。例如：半导体性，压电性，萤光性和光电效应等。在压敏、光催化、光电...     

角蛋白/多壁碳纳米管复合纤维的制备

为促进废旧羊毛的回收利用,采用L-半胱氨酸还原法溶解羊毛提取角蛋白,将羊毛再生角蛋白溶于碳酸钠/碳酸氢钠缓冲溶液中配置成纺丝液,并且向其中添加由傅克反应制备的功能化多壁碳纳米管,通过湿法纺丝制备再生角蛋白/功能化碳纳米管复合纤维。研究结果表明：碳纳米管均匀的分散在复合纤维中,没有发生团聚现象,并且与角蛋白基体有着良好的界面作用;碳纳米管加入对纤维的结晶度有所提高,并且能够诱导角蛋白内部形成较多的β-折叠的二级结构构象;随着碳纳米管的加入,复合纤维的拉伸断裂强度增加,当碳纳米管质量分数为0.15 wt%时,拉伸断裂强度达到最大（91.5±12.6） MPa,比纯角蛋白纤维提高了139%。     

基于功能化多壁碳纳米管的乙酰胆碱酯酶生物传感器制备

将功能化多壁碳纳米管(FCNTs)结合壳聚糖(CHIT)和戊二醛(GTA)导电聚合物形成凝胶溶胶,将该凝胶溶胶悬滴在玻碳电极(GCE)表面制得FCNTs-CHIT-GTA/GCE电极,结合自制的乙酰胆碱酶膜生成一种反应灵敏、快速、稳定、用于检测有机磷农药的电流型生物传感器。结果表明：该传感器具有出峰电位低、峰流值高、电子传递速率高、阻抗值小等优点,在研究不同浓度敌敌畏对酶抑制率的关系时,得到的关系曲线线性良好,最低检出限为20ng/L。该传感器适用于有机磷农药残留跟踪检测。     

纳米CuO材料的甲醛气敏性研究

采用化学沉淀法制备出纳米CuO气敏材料,利用静态配气法测试了CuO的气敏性能.结果表明,在纳米CuO材料中掺入适量Ag2O后,使CuO对甲醛的气敏性得到很大改善,灵敏度和选择性都得到了提高.     

3D打印碳纳米管/纳米纤维素复合电极制备及性能

本研究探索了基于光固化的3D打印技术制造导电聚合物树脂材料。以可光固化树脂和多壁碳纳米管（MWCNT）混合物为基底,通过添加纳米纤维素（CNF）来改善MWCNT的分散性,使混合树脂达到最佳的导电性能和印刷质量。此外,结合了光固化、热解和化学活化等反应过程,形成可设计的分级孔结构的碳电极,该电极具有从毫米级到微米级再到纳米级分布的孔隙结构,组装对称超级电容器可提供高能量密度0.91 mWh/cm²。     

溶胶-凝胶法制备的SnO2薄膜气敏特性研究

以SnCl4·5H2O为原料、用Sol-gel法制备出了SnO2薄膜,并对该薄膜的气敏特性进行了测试.结果表明,SnO2薄膜低温下对乙醇气体有较高的灵敏度和较快的响应恢复时间,且长期稳定性较好.     

用于染料吸附的甲基纤维素基气凝胶材料的制备及性能

针对印染废水的严重污染问题,选择刚果红(CR)和亚甲基蓝(MB)作为目标吸附物,开发了一种基于甲基纤维素(MC)和壳聚糖(CS)的复合气凝胶吸附材料(MC/CS)。考察了制备过程中MC/CS的成分配比、戊二醛浓度、交联温度及气凝胶密度等参数对甲基纤维素基气凝胶吸附材料的吸附能力和压缩强度的影响,并优化了其制备工艺。结果表明:当MC/CS质量配比为6∶4,戊二醛浓度5%,交联温度50℃时,所得气凝胶密度为10 mg/cm~3时,它对CR和MB具有优异的吸附能力,静态饱和吸附量分别达到518.12和237.86 mg/g,此时气凝胶的压缩强度达到1.57 kPa,使用后可保持形态结构完整。     

大豆亲脂蛋白-羟丙基甲基纤维素乳液制备及其稳定性

研究60、100、140 MPa高压处理对0.5%大豆亲脂蛋白（lipophilic protein,LP）与0%、0.01%、0.05%、0.1%、0.2%的羟丙基甲基纤维素（hydroxypropylmethylcellulose,HPMC）复合乳液形成的影响,揭示蛋白质结构变化与乳液稳定性的关系,采用动态激光散射、接触角测量仪和红外光谱研究不同压力处理LP与可溶性HPMC复合物形成乳液的流体动力学半径、界面吸附特性和LP的二级结构变化。结果表明,60?MPa处理下的乳液其乳化性、贮藏稳定性和界面吸附能力较低,随着压力的增加乳液粒径变小,乳滴形状规则、分布均匀,乳液表面负电荷增加;均质压力在140?MPa、纤维素质量分数0.1%时,乳化活性和乳化稳定性分别高达223.05?m2/g和290.5?min;不同压力处理改变了LP二级结构,影响了与可溶性HPMC的结合,进而影响所形成乳液在油-水界面吸附特性,结果证明HPMC质量分数为0.1%时其亲水性最好。     

碳纳米管基柔性针织物应变传感器的制备及性能

以肝素钠为分散剂,碳纳米管为导电填料,制备肝素钠分散的碳纳米管墨水HS-CNT,通过紫外光谱、Zeta电位和拉曼光谱分析HS-CNT墨水的分散效果。以HS-CNT墨水为“染液”,利用传统浸轧染色工艺,在棉针织物表面沉积CNT作为应变传感层,组装后得到CNT基织物应变传感器。表征了CNT基织物的形貌和导电性能,并测试织物应变传感器的传感性能和生物相容性。结果表明,棉针织物在HS-CNT墨水中浸轧染色5次后,其纤维表面CNT基本达到饱和状态且分散均匀,织物的电阻为28.5 kΩ;该织物应变传感器在0～50%的应变条件下显示出良好的循环稳定性和回复性,且具有优异的生物相容性。     

基于多壁碳纳米管/SDBS/硫堇阪崎肠杆菌免疫传感器的研究

目的:研制一种灵敏度高、电化学性能稳定的免疫传感器,构建准确检测阪崎肠杆菌(Enterobacter sakazakii,E.sakazakii)的电化学方法。方法:将硫堇(Thi)、辣根过氧化物酶标记的阪崎肠杆菌抗体(HRP-anti-E.sakazakii)依次自组装固定于多壁碳纳米管(MWCNT)/十二烷基苯磺酸钠(SDBS)修饰的四通道丝网印刷电极上,制得一次性免疫传感器。采用原子力显微镜(AFM)表征电极修饰和孵育抗原后的表面形态,用循环伏安法(CV)考察不同修饰电极的电化学特性,根据还原峰电流的变化对阪崎肠杆菌进行测定。结果:在优化的实验条件下,该方法检测阪崎肠杆菌的线性范围为102～108cfu/mL,检测限为5.7×101cfu/mL(S/N=3)。结论:该免疫传感器灵敏度很高,具有较好的特异性、重现性(RSD=6.3%)、稳定性(4℃无菌容器中放置15d后电流响应为初始值的93.24%)和准确性(与GB/T4789.40-2010符合率为96.67%),具有一定的应用潜力。     

催化剂对氧化物气敏性能的影响

综述了催化与气敏性能之间的关系，以及稀有金属、过渡金属等作为催化剂对气敏材料气体灵敏度、选择性的影响。结果表明：催化剂的加入对提高气敏材料的气敏性能有显著作用．     

聚氨酯基碳纳米管-液态金属导电纤维的制备及其性能

为改善碳纳米管(CNT)作为导电填料弹性性能不足的问题,以CNT和液态金属(LM)为导电填料,热塑性聚氨酯(TPU)为基体,选用N,N-二甲基甲酰胺(DMF)作为溶剂,去离子水为凝固浴,通过湿法纺丝制备了CNT/LM/TPU导电纤维,并研究了LM和CNT 2种导电填料对纤维结构和性能的影响。结果表明:当导电填料LM质量分数为40%,CNT质量分数为10%时,CNT/LM/TPU纤维的力学性能大幅度提升,断裂强度为10.16 MPa,断裂伸长率为252%;CNT/LM/TPU纤维具有良好的导电性能,其电导率为5.41 S/m,可以用作导线点亮电路,在100%和200%的拉伸应变下电路仍有电流通过,且经20次循环拉伸后仍具有稳定的电阻回复性;此外,该纤维还具有良好的抗菌性能,对金黄色葡萄球菌的抑菌率达到92.61%。     

碳纳米管导电蚕丝的制备及其性能

利用碳纳米管改性蚕丝,以蚕丝体积比电阻为指标,通过单因素分析及正交试验确定制备碳纳米管导电蚕丝的最佳工艺条件,并对其性能进行测试分析。结果表明,制备碳纳米管导电蚕丝的最佳工艺条件为:溶液pH值3.0,浴比1∶500,反应时间1.5 h,碳纳米管质量分数0.07%,温度70℃,此时蚕丝体积比电阻为7.15×10-3Ω·cm,导电性大幅提高。耐久性能测试结果表明,其导电耐久性良好;扫描电镜分析结果表明,纤维表面均匀分布有颗粒状导电物质;红外光谱分析结果表明,导电蚕丝的α螺旋与β折叠结构均有所增加;导电蚕丝断裂强力、断裂伸长率均有所下降,但不影响织物服用性能;X射线衍射分析结果表明,导电蚕丝结晶度有所下降,但幅度较小;TG分析结果表明,其热稳定性无明显变化。     

一种羟丙基甲基纤维素复合膜的制备

以羟丙基甲基纤维素-普鲁兰多糖为主要成分,κ-卡拉胶作为凝胶剂,研究不同组成对复合膜性能的影响,以确定最佳配方。基于单因素实验,对复合膜的配方通过响应曲面法进行优化设计,确定最佳制备工艺为:普鲁兰多糖含量9.533%,羟丙基甲基纤维素含量6.000%,κ-卡拉胶含量2.315%,甘油含量7.903%。在此条件下,经过实验测试,所得到的复合膜断裂伸长率为56.35%±1.48%,抗拉强度为(2.68±0.39)MPa,凝胶强度为(785.48±10.32)g/cm²,透光率为46.73%±3.87%。实验验证结果与理论值相近,响应面优化所得结果对于复合膜实际生产和深入研究具有一定的指导意义。     

胶原/氧化羟丙基甲基纤维素复合膜的制备与表征

为了制备性能更优的胶原膜,使其更好地应用于食品包装领域,采用不同氧化度的氧化羟丙基甲基纤维素(DHPMC)与胶原以质量比1:1.25共混成膜,考察DHPMC氧化度对胶原复合膜理化性能的影响。结果表明,胶原复合膜的三股螺旋结构未被破坏,且相比于纯胶原膜,其机械性能、热稳定性、耐酶降解性和亲水性能均有增强,结构更加均匀致密。当DHPMC氧化度较低(氧化度17.78%)时,DHPMC分子中的醛基与胶原的氨基形成共价键,体系的相互作用增强,且DHPMC氧化度低,对复合膜的成膜性能影响小,使得复合膜的抗张强度(115.74 MPa)和热变性温度(76.24℃)相较于胶原/羟丙基甲基纤维素(HPMC)复合膜(104.69MPa,69.67℃)提高。当DHPMC氧化度较高(氧化度45.12%)时,DHPMC的醛基含量增加,但同时纤维素降解程度也增加,使得复合膜的抗张强度(93.56 MPa)和热变性温度(71.13℃)下降。因此,采用低氧化度的DHPMC与胶原共混可制得综合成膜性能更优的复合膜,将扩大其在食品包装中的应用范围。