Bazı polimerlerin ve organik/inorganik hibrit filmlerinin sensör özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Suda çözünebilir iletken polimer, poli(difenilamino sülfonik asit) (EPSDA) elektropolimerizasyon ile sentezlendi ve karakterize edildi. EPSDA ve nano oksidler (nano ZnO ve nano Al2O3) içeren organik/inorganik hibrit nanokompozitler nem sensörleri elde etmek üzere hazırlandı. (3-merkaptopropil) trimetoksisilan (MPTMS) algılayıcı tabakanın kararlılığını artırmak ve hidrofiliklik derecesini ayarlamak üzere kompozitlere eklendi. Hazırlanan ince film sensörlerinin nem algılama özellikleri LCR metre ve QCM ile incelendi. LCR metre ile yapılan ölçümlerde, EPSDA-MPTMS içerikli organik/inorganik hibrit filmler ve EPSDA-MPTMS-nanoZnO ya da nano Al2O3 içerikli nanokompozitler hazırlandı ve interdigited elektrodlara ince film olarak kaplandı. Bu ince film sensörlerinin impedans, reaktans ve direnç gibi elektriksel özellikleri çeşitli bağıl nemler altında, 100-1 kHz frekans aralığında ve 0,2 V voltaj altında ölçüldü. Bu ince filmlerin bağıl nem-impedans değişimleri, cevap ve geri dönüş zamanları, histeri ve tekrarlanabilirlik/geridönüşümlülük gibi nem algılama özellikleri ve çeşitli çözücü buharlarına karşı cevapları incelendi. Nano malzemelerin eklenmesi ile sensörlerin algılama özellikleri geliştirildi. % 50 nano ZnO-EPSDA-MPTMS (S7) ve % 50 nano Al2O3-EPSAD-MPTMS (S10), 1 kHz alternatif akım frekansı altında saf EPSDA-MPTMS sensöründen daha iyi nem algılama özellikleri gösterdi. S7 kodlu sensör hızlı cevap (cevap zamanı, 90 s ve geri dönüş zamanı, 60 s), iyi bir doğrusallık (R2=0,9832), % 10-95 nem aralığında tekrarlanabilir cevaplar ve düşük histeri sergilemektedir. Benzer şekilde, S10 kodlu sensör hızlı cevap/geri dönüş zamanı (65 s/55 s), iyi bir tekrarlanabilirlik, yüksek korelasyonla iyi bir doğrusallık (R2=0,9949) ve % 10-95 nem aralığında düşük histeri göstermektedir. Geliştirilen impedimetrik sensörlerin bazı çözücüleri algılama özellikleri çalışmasında, sensörün yapısına ve buharın konsantrasyonuna bağlı olarak, impedans değişimlerinin büyüklüğü ilgili çözücünün polaritesi ile ilişkili olduğu görüldü. Hazırlanan nem sensörlerinin polar organik çözücülere cevabı neme göre daha az iken apolar çözücülere karşı cevabı önemsizdir. Sensörlerin farklı bağıl nemlerdeki kompleks impedans grafikleri incelendiği zaman, genellikle, düşük ve yüksek RH?de farklı algılama mekanizmasını gösterir nitelikte artan RH ile eğrilerin şekillerinin yarım daireden düz bir şekle değiştiği görülmektedir. QCM ile yapılan ölçümlerde, ilk olarak, EPSDA ve MPTMS ince film kompozitleri nem sensörü oluştırmak üzere kuvars kristal elektroda kaplandı. Modifiye edilen QCM elektrodunun yüzeyindeki su buharının adsorpsiyonu ve desorpsiyonu sebebiyle meydana gelen direnç değişimi ve frekans kaymaları anlık olarak ölçüldü. QE1 olarak kodlanan sensor hızlı cevap/geri dönüş zamanı (70 s/44 s), iyi bir tekrarlanabilirlik, yüksek korelasyonla iyi bir doğrusallık (R2=0,9911) ve düşük histeri gibi iyi nem algılama özellikleri göstermektedir. İkinci olarak, ağırlıkça farklı yüzdelerde nano Al2O3 içeren EPSDA-MPTMS-nanoAl2O3 nanokompozitleri QCM elektrodlarına kaplandı. % 40 nano Al2O3 içeren EPSDA-MPTMS (QE4) hızlı cevap (cevap zamanı, 65 s, geri dönüş zamanı, 45 s), % 9,7?93 RH aralığında yüksek korelasyonla iyi bir doğrusallık (R2=0,9914) ve düşük histeri gibi mükemmel algılama özelliklerine sahiptir. Sensör cevaplarına bazı çözücülerin etkisi QCM ile incelendiğinde, geliştirilen sensörlerin organik çözücü buharlarına karşı cevaplarının önemli olmadığı saptandı. QCM yöntemiyle neme yüksek bir seçicilik elde etmek mümkün oldu. Ayrıca deneysel sonuçlar, geliştirilen sensörlerin yüksek kararlılık ve duyarlığa sahip olduğunu ve cevapların bir ay boyunca stabil kaldığını göstermiştir.