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有序组装构建导电纳米线阵列用于有机气体检测

时间:2019-05-12来源:申博太阳城浏览次数:

基于电信号的化学传感器一直是有机气体检测器的重要元件,这重要是因为电信号自身具有可放大性,从而能够进步检测器的灵敏度。该范畴之前的研讨重要都是基于搀杂如炭黑、银粒子和碳纳米管等导电资料的聚合物膜,经由历程有机气体打仗聚合物膜时发作溶胀转变,从而引发电信号转变的道理举行检测。然则这类要领须要制备较大面积的膜,本钱较高且灵敏度受到限制。因而,制备阵列化的一维纳米线构造来替换二维膜构造,经由历程增添检测元件的比外面积来进步传感器的灵敏度,具有重要意义,同时前期的事情中也少少有经由历程调控高分子构造来进步检测器效力的报导。


近日,中科院理化所江雷院士团队经由历程应用固体外面浸润性道理,将银纳米粒子溶液组成取向性液桥,再经由历程溶剂挥发制备出大面积规整的银粒子纳米线,在此基础上经由历程二次去浸润历程,将聚合物包覆在银粒子纳米线外面,制备一维同轴复合型纳米线阵列。当外层聚合物打仗有机气体时发作溶胀征象,致使聚合物链对内层银粒子发作挤压,使纳米线的团体导电性下落。分歧有机气体引发纳米线导电性下落的水平存在差别,从而完成对分歧有机气体的检测。



图1基于浸润性道理,应用二次去浸润要领制备一维银粒子/聚合物复合纳米线阵列的要领及其对有机气体检测的道理


所制备的一维检测器元件具有优越的有机气体检测机能,检测器在相应时候、可擦除性、检测局限等方面均具有优秀机能,其最低检测限能够到达0.5ppm级别。在此基础上经由历程应用分歧品种的十种商用高分子资料离别作为包覆外层,制备出十种分歧银粒子/聚合物复合纳米线阵列作为检测元件,应用这些元件对甲醇、乙醇、苯、甲苯、正己烷和丙酮等有机气体举行检测,并将将数据举行主身分剖析,证实应用这十种检测元件能够精准辨别每一种气体,从而组成一个完全的气体辨认检测器。


​纳米粒子自组装构筑多功能超疏水仿生涂层

具有仿“荷叶效应”的超疏水材料表面在自清洁、防潮、油水分离、防污/防腐等领域有着广泛的应用。诸多研究成果表明,基于仿生策略构筑复合微纳结构表面是实现材料超浸润特性的高效策略之一。但是,目前在生物医学领域基于单一仿生策略制备的现有超疏水材料表面其耐久性和生物相容性尚不能完全满足应用需求。如何简便、高效构筑具有无毒性、长使用寿命及多功能性的超疏水涂层是当前医学生物领域的研究热点。 近日,韩国浦项工科大学(POSTECH)Kijung Yong、Hyung Joon Cha等研究者基于仿生荷叶表面的超疏微纳复合结构、贻贝足丝的超高粘附性以及沙塔蠕虫带电荷分泌层,利用高效、精确的电荷控制的纳米粒子层层自组装(ECLbL),简便实现了含巯基(SH)具有高粘附性兼具良好生物相容性3D结构化不润湿性涂层表面的构筑。该“多重仿生”策略构筑的新型功能化涂层在不同材质基底具有优异的普适性,在血管抗血栓、材料表面防污以及可控组织闭合等方面具有重要的应用。 多功能超疏水涂层仿生构筑策略示意图。图片来源:ACS Appl.Mater.Interfaces 研究团队首先分别采用氨基硅烷(AS)、聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)及贻贝黏着蛋白质粘合剂(iMglue)对基底进行表面修饰,经过修饰


图2(a)检测器相应时候,(b)检测器轮回检测结果,(c)分歧有机气体分压下检测器机能,(d)最低检测限测试,(e)经由历程主身分剖析法运算完身分歧气体的检测辨认,(f)经由历程主身分剖析法运算考证未知气体品种


在上述事情基础上,团队初次经由历程调解聚合物的侧链构造来完成对性子类似有机气体的准确检测。团队分解出具有分歧侧链构造的聚醚砜资料(PES-R),并将其离别作为包覆层构建出分歧的银粒子/聚合物复合纳米线阵列,完成对甲醇和乙醇的辨别。应用类似相容道理和经由历程汉森溶度参数举行理论盘算,能够肯定出对甲醇和乙醇辨别度最高的聚合物构造,从而应用这类聚合物制备检测器元件完成对甲醇和乙醇混合气体中各组分详细含量的准确辨认。



图3(a)设想具有分歧侧链构造的聚醚砜资料,应用侧链与甲醇和乙醇气体作用力差别完成对甲醇和乙醇的辨别检测,(b)分歧侧链关于甲醇和乙醇检测的辨别度结果,(c)经由历程汉森溶度参数运算考证分歧侧链与甲醇和乙醇的作用力差别,(d)检测器对甲醇和乙醇混合气体中各组分含量的检测


以上效果宣布在Small(Small,2019)上。论文第一作者为中科院理化所博士后姜翔宇,通信作者为中科院理化所江雷院士、张锡奇副研讨员和吴雨辰博士。


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