Быстрый отклик и восстановление полианилинового монтмориллонита, восстанавливающего полимерный нанокомпозитный материал из оксида графена для обнаружения газообразного цианистого водорода.

Apr 30, 2023

Том 13 научных докладов, номер статьи: 8074 (2023) Цитировать эту статью

846 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

В настоящей работе мы разработали газовый сенсор на основе полимера. Полимерные нанокомпозиты синтезированы методом химической окислительной полимеризации анилина с персульфатом аммония и серной кислотой. Изготовленный датчик способен обеспечить чувствительность чувствительности 4,56% для ПАНИ/ММТ-rGO при концентрации 2 ppm цианистого водорода (HCN). Чувствительность датчиков ПАНИ/ММТ и ПАНИ/ММТ-рГО составляет 0,89 ppm-1 и 1,1174 ppm-1 соответственно. Увеличение чувствительности датчика может быть связано с увеличением площади поверхности, обеспечиваемой MMT и rGO, что обеспечивает больше мест связывания для газа HCN. Чувствительный отклик датчика увеличивается по мере увеличения концентрации подвергающегося воздействию газа, но насыщается после 10 частей на миллион. Датчик восстанавливается автоматически. Датчик стабилен и может работать в течение 8 месяцев.

Пары цианида водорода (HCN) чрезвычайно опасны для живого организма. Газ HCN при вдыхании увеличивает уровень потребления кислорода клеткой1,2,3. Уровень токсичности газа HCN превышает 100 частей на миллион, и при воздействии он может убить человека в течение 1 часа4. Газовая трагедия в Бхопале в 1984 году унесла жизни 3787 невинных людей за одну ночь. Эту трагедию можно было бы предотвратить, если бы была установлена ​​какая-нибудь предупредительная сигнализация (датчик газа). Обнаружение следовых количеств токсичных газов (аммиак, диметилметилфосфонат (ДММП), окись углерода, диоксид углерода, закись азота, HCN) важно для предотвращения несчастного случая со смертельным исходом. Таким образом, необходимо изготовление и разработка электронных носов на микро- и нано-уровне. Изготовление датчиков газа с использованием наноструктур повышает чувствительность датчиков. Увеличение площади поверхности за счет наночастиц увеличивает места связывания газа. Датчик — это устройство, которое получает стимул и отвечает электрическим сигналом5,6,7,8,9,10. Датчики хемирезистентности работают по принципу изменения сопротивления при воздействии газа. Стандартный датчик должен удовлетворять следующим характерным характеристикам, таким как работа при комнатной температуре, работа в окружающей среде и отсутствие потребности в подаче кислорода или воздуха, отсутствие необходимости внешнего воздействия, способность обнаруживать токсичные газы при низкой концентрации, высокая чувствительность и воспроизводимость, быстрый ответ и восстановление, низкая стоимость и экологичность11.

Датчики газа на основе проводящих полимеров имеют многочисленные преимущества перед датчиками на основе оксидов металлов, такие как высокая чувствительность, короткое время отклика, работа при комнатной температуре и возможность настройки в зависимости от природы легирующей примеси. Чувствительность датчика газа на полимерной основе высока благодаря большому соотношению площади поверхности к объему, компактному размеру, легкому весу и простоте интеграции с существующей электронной системой12. Многие исследователи во всем мире обращают внимание на полимерные нанокомпозиты (органо-неорганические) из-за их уникальных свойств, таких как повышение гибкости, улучшение поверхностной твердости и термостойкости (за счет неорганических компонентов)8,9,10,13,14,15 . Ян и др.16 сообщили об обнаружении газообразного HCN с помощью метода кварцевых микровесов (QCM)16,17.

Здесь мы впервые сообщаем об обнаружении газа HCN методом хемирезистентности, имеющим быстрый отклик. В настоящей работе методом химической окислительной полимеризации синтезирован нанокомпозит Полианилин/ММТ-rGO. В этом исследовании мы использовали ПАНИ в качестве чувствительного материала из-за его стабильности, высокой чувствительности, хорошей электропроводности, низкой стоимости и простоты синтеза в лаборатории. rGO обеспечивает больше мест связывания благодаря своей большой площади поверхности, термической стабильности и электропроводности. Монтмориллонит (ММТ) используется в качестве чувствительного материала в настоящем исследовании благодаря его большой площади поверхности, пористой структуре (которая обеспечивает большую площадь поверхности), высокому коэффициенту адсорбции, простоте настройки свойств (функционализации), экологичности и низкой стоимости. . Синтезированный полимерный нанокомпозитный материал охарактеризован методами SEM, FTIR и XRD. Мы можем достичь отклика чувствительности 4,56% для ПАНИ/ММТ-рГО при концентрации 2 ppm цианистого водорода (HCN). Датчик возвращается к исходному состоянию после каждого воздействия HCN. Датчик стабилен и успешно работает последние 9 месяцев.