摘要

以聚苯胺（PAN）为原料，利用LB（Langmuir-Blodgett）超薄分子膜技术，制备了不同层数的纯聚苯胺LB膜及聚苯胺与乙酸（AA）混合（PAN-AA）LB膜，对其进行了紫外-可见光光谱分析研究，并对不同层数的聚苯胺基LB膜的二氧化氮（NO₂）气敏特性进行了研究，发现PAN LB膜较PAN-AA LB膜具有更好的敏感性、响应性和可逆性，3层和15层PAN LB膜对相对百分比为20×10⁻⁶NO₂的响应时间分别为10 s和30 s，15层PAN LB膜的恢复时间约为4 min。

近年来对导电聚合物的研究越来越引起人们的高度重视，在导电聚合物中，聚苯胺（PAN）独特的热稳定性、易于制备以及对气体的敏感性等特殊性能使之具有诱人的发展前景。研究聚苯胺有序多层膜的相关特性对于它在分子电子器件及化学传感器件等方面的应用具有非常重要的价值。

Langmuir-Blodgett（LB）技术是制备聚苯胺超薄有序多层膜的方法之一。它具有分子尺度排列取向和人工分子组装的特点，同时LB膜的组分、压力、厚度等条件都可以严格加以控制，由此制成的敏感膜较一般的敏感膜具有更好的敏感性和更快的响应性，并可在常温下工作，因而更具有应用价值。

同时，由于二氧化氮（NO₂）气体是大气中对环境和人类健康危害十分严重的污染物，因此研制简便使用、成本低的NO₂气体传感器是近几年气体传感器领域中最重要的研究课题之一。本次实验中，91免费福利导航制备了不同层数的纯聚苯胺LB膜和聚苯胺与乙酸混合的LB膜，并对其NO₂气体敏感特性进行了研究，这对制备价格低廉，且能在室温下工作的NO₂气体传感器提供了一种可行的方法。

1实验部分

中间氧化态聚苯胺（Emeraldine base form）由MacDiarmid等提供的方法制得。以N-甲基吡咯烷酮（NMP）作为溶剂，配制两种铺膜液：其一为聚苯胺的NMP溶液（PAN/NMP），其二为聚苯胺与乙酸（AA）以10:1的比例混合的NMP溶液（PAN-AA/NMP），其浓度为0.1 mg/mL。在Langmuir拉膜槽中，以去离子水作为亚相溶液，保持一定的亚相pH值，对于纯聚苯胺和聚苯胺与乙酸的混合溶液分别为6.0和4.0。

实验中采用MC-1型LB拉膜机对单分子膜进行研究以及对多层LB膜进行淀积。分别以石英和硅片作为基片，对PAN/NMP LB膜和PAN-AA/NMP LB膜的相关特性进行研究。为了便于电特性的测量，硅片上刻有间距为20μm的叉指电极。

采用UV1100紫外-可见（UV-Vis）分光光度计对不同层数的LB膜进行吸收光谱的测量，以便研究聚苯胺基LB膜的光谱特性。并采用L116C型椭偏仪对聚苯胺单分子膜的厚度进行测量，以检验制备聚苯胺LB膜是否在纳米数量级范围。

NO₂气体由Pb(NO₃)₂固体粉末加热分解制得。在LB膜气敏特性的测试中，使用的气体相对百分比为1×10⁻⁶到200×10⁻⁶。通过对电阻的相对变化进行测量来研究聚苯胺基LB膜对NO₂的敏感特性和响应特性。

2结果与讨论

图1为聚苯胺LB膜的表面张力-单分子平均面积（π-A）等温线。当单分子层稳定紧密地排列在亚相上时，PAN/NMP的单分子面积为0.077 nm²，而PAN-AA/NMP的单分子面积为0.25 nm²。但是这两种单分子层的提膜压却非常接近，前者为18.5 mN/m，后者为20 mN/m。保持提膜压不变，采用垂直提拉法将聚苯胺单分子膜及多层膜分别转移到石英基片和硅片上。LB膜的成膜条件为：纯聚苯胺亚相pH=6.0；聚苯胺与乙酸的混合亚相pH=4.0；亚相温度20℃；提膜速度1 mm/min；成膜沉积方式为Z型。

图2中可以看出320 nm左右出现了由π–π*跃迁引起的吸收峰，在600 nm左右出现了由PAN主链上醌环所产生的激子吸收峰。图3是用乙酸掺杂之后的聚苯胺LB膜的UV-Vis光谱图。随沉积层数的增加，吸光率接近线性增加，根据布格-朗伯定律，说明随着沉积层数的增加，薄膜的厚度基本线性增加，即每次聚苯胺及聚苯胺与乙酸的混合溶液转移到基片上的量几乎相等，转移比约为0.8。聚苯胺LB膜的厚度可以通过沉积次数、沉积速度以及铺膜液在液面上铺展的均匀程度来加以控制。由椭偏仪测得的数据表明PAN/NMP单分子层厚度约为6.15 nm，PAN-AA/NMP单分子层厚度约为5.85 nm，均在纳米数量级范围。