基于電信號(hào)的化學(xué)傳感器一直是有機(jī)氣體檢測(cè)器的重要元件，這主要是因?yàn)殡娦盘?hào)本身具有可放大性，從而可以提高檢測(cè)器的靈敏度。該領(lǐng)域之前的研究主要都是基于摻雜如炭黑、銀粒子和碳納米管等導(dǎo)電材料的聚合物膜，通過(guò)有機(jī)氣體接觸聚合物膜時(shí)產(chǎn)生溶脹變化，從而引起電信號(hào)變化的原理進(jìn)行檢測(cè)。但是這種方法需要制備較大面積的膜，成本較高且靈敏度受到限制。因此，制備陣列化的一維納米線(xiàn)結(jié)構(gòu)來(lái)替代二維膜結(jié)構(gòu)，通過(guò)增加檢測(cè)元件的比表面積來(lái)提高傳感器的靈敏度，具有重要意義，同時(shí)前期的工作中也極少有通過(guò)調(diào)控高分子結(jié)構(gòu)來(lái)提高檢測(cè)器效率的報(bào)道。
近日，中科院理化所江雷院士團(tuán)隊(duì)通過(guò)利用固體表面浸潤(rùn)性原理，將銀納米粒子溶液形成取向性液橋，再通過(guò)溶劑揮發(fā)制備出大面積規(guī)整的銀粒子納米線(xiàn)，在此基礎(chǔ)上通過(guò)二次去浸潤(rùn)過(guò)程，將聚合物包覆在銀粒子納米線(xiàn)表面，制備一維同軸復(fù)合型納米線(xiàn)陣列。當(dāng)外層聚合物接觸有機(jī)氣體時(shí)發(fā)生溶脹現(xiàn)象，導(dǎo)致聚合物鏈對(duì)內(nèi)層銀粒子產(chǎn)生擠壓，使納米線(xiàn)的整體導(dǎo)電性下降。不同有機(jī)氣體引起納米線(xiàn)導(dǎo)電性下降的程度存在差異，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)不同有機(jī)氣體的檢測(cè)。
圖1基于浸潤(rùn)性原理，利用二次去浸潤(rùn)方法制備一維銀粒子/聚合物復(fù)合納米線(xiàn)陣列的方法及其對(duì)有機(jī)氣體檢測(cè)的原理
所制備的一維檢測(cè)器元件具有良好的有機(jī)氣體檢測(cè)性能，檢測(cè)器在響應(yīng)時(shí)間、可擦除性、檢測(cè)范圍等方面均具有優(yōu)異性能，其最低檢測(cè)限可以達(dá)到0.5ppm級(jí)別。在此基礎(chǔ)上通過(guò)利用不同種類(lèi)的十種商用高分子材料分別作為包覆外層，制備出十種不同銀粒子/聚合物復(fù)合納米線(xiàn)陣列作為檢測(cè)元件，利用這些元件對(duì)甲醇、乙醇、苯、甲苯、正己烷和丙酮等有機(jī)氣體進(jìn)行檢測(cè)，并將將數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，證明利用這十種檢測(cè)元件可以精準(zhǔn)區(qū)分每一種氣體，從而構(gòu)成一個(gè)完整的氣體識(shí)別檢測(cè)器。
圖2（a）檢測(cè)器響應(yīng)時(shí)間，（b）檢測(cè)器循環(huán)檢測(cè)效果，（c）不同有機(jī)氣體分壓下檢測(cè)器性能，（d）最低檢測(cè)限測(cè)試，（e）通過(guò)主成分分析法運(yùn)算實(shí)現(xiàn)不同氣體的檢測(cè)識(shí)別，（f）通過(guò)主成分分析法運(yùn)算驗(yàn)證未知?dú)怏w種類(lèi)
在上述工作基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)首次通過(guò)調(diào)整聚合物的側(cè)鏈結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)性質(zhì)相似有機(jī)氣體的精確檢測(cè)。團(tuán)隊(duì)合成出具有不同側(cè)鏈結(jié)構(gòu)的聚醚砜材料（PES-R），并將其分別作為包覆層構(gòu)建出不同的銀粒子/聚合物復(fù)合納米線(xiàn)陣列，實(shí)現(xiàn)對(duì)甲醇和乙醇的區(qū)分。利用相似相容原理以及通過(guò)漢森溶度參數(shù)進(jìn)行理論計(jì)算，可以確定出對(duì)甲醇和乙醇區(qū)分度最高的聚合物結(jié)構(gòu)，從而利用這種聚合物制備檢測(cè)器元件實(shí)現(xiàn)對(duì)甲醇和乙醇混合氣體中各組分具體含量的精確識(shí)別。
圖3（a）設(shè)計(jì)具有不同側(cè)鏈結(jié)構(gòu)的聚醚砜材料，利用側(cè)鏈與甲醇和乙醇?xì)怏w作用力差異實(shí)現(xiàn)對(duì)甲醇和乙醇的區(qū)分檢測(cè)，（b）不同側(cè)鏈對(duì)于甲醇和乙醇檢測(cè)的區(qū)分度效果，（c）通過(guò)漢森溶度參數(shù)運(yùn)算驗(yàn)證不同側(cè)鏈與甲醇和乙醇的作用力差異，（d）檢測(cè)器對(duì)甲醇和乙醇混合氣體中各組分含量的檢測(cè)
以上成果發(fā)表在Small（Small, 2019）上。論文第一作者為中科院理化所博士后姜翔宇，通訊作者為中科院理化所江雷院士、張錫奇副研究員和吳雨辰博士。
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