PVDF聚合物电解质膜电化学氢气传感器的研制

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电化学气体传感器由于具有检测气体种类多、浓度范围宽、体积小、价格低、测量精度高、可用于现场直接检测等优点，在环境监测与安全生产等领域中得到广泛应用。但这类传感器也存在着一定的问题，即使用寿命较短。为了解决这个问题，同时也为适应一些特殊行业对气体传感器体积的要求，人们将研究重点集中到固体电解质上，希望能延长传感器的使用寿命并实现其微型化。目前，利用固体高聚物电解质(SPE)研制电化学传感器已成为电化学气体传感器研究的国际热点。本文以具有优良物理化学性质的聚偏氟乙烯(PVDF)为膜材料，采用流延法制备SPE。为避免加入固体无机物产生颗粒团聚，采用向PVDF中掺杂液体SiCl4和H3PO4无机保水材料提高膜的保水性和导电性。通过研究掺杂物加入量、制膜烘干温度和保温时间对膜性能的影响，摸索出性能良好聚合物膜的制备条件：烘干温度70oC，保温时间2h。用X-射线衍射、红外光谱分析法、扫描电镜等分析PVDF质子交换膜结构及形貌特征，结果表明掺杂的无机物在PVDF晶体内形成均匀贯穿的质子传导通道。制备的聚合物膜保水性和电导率均高于Nafion117，膜的机械性能良好，从制膜成本、膜的导电性、膜的机械性能和膜的保水性等综合性能考虑，这种新型PVDF质子交换膜极有可能成为Nafion膜的优良替代膜。选取电导率高（SiCl4掺入量为20％，H3PO4掺入量为30％，室温电导率0.0277S·cm-1）、综合性能良好的聚合物膜作为传感器的电解质，组装室温全固态电化学H2传感器。通过实验确定工作条件后，对传感器的性能进行测试。以铂为催化剂，采用气体扩散电极，在恒电位0.1V下，流速为238ml/min，氢气浓度在14-508ppm的范围内能保持非常好的线性关系，传感器的响应时间和回复时间分别为42s和65s，传感器性能稳定，灵敏度高和重现性良好，为研制出小型化、长寿命的传感器开拓了一条可行之路。

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作者
孟淑敏;
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作者单位

内蒙古科技大学;

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授予单位内蒙古科技大学;
学科钢铁冶金
授予学位硕士
导师姓名安胜利,郭贵宝;
年度 2008
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类特种结构材料;
关键词
化学传感器; 气体传感器; 电化学; 气体检测; 固体电解质; 膜材料; 流延法; 聚合物膜;

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