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使用基于聚合物的傳感器:應用和特性

聚合物用于許多應用中,并且經常記錄其拉伸強度和物理特性。然而,聚合物已經存在多年,是現存zui古老的化學工業之一。因此,合成了許多不同類型的聚合物以執行不同的功能。其中之一是一類被稱為導電聚合物的聚合物,可用于基于傳感器的應用。



大多數聚合物具有絕緣性能。然而,有一類聚合物打破常規并具有導電特性——盡管在大多數情況下,這些聚合物中的許多表現出更類似于半導體的特性,而不是完全導電的材料的特性。導電特性對于傳感器應用很重要,因為它們是傳感機制的基本部分。在大多數傳感器中,當檢測到刺激(無論是應變、分子結合或溫度變化)時,huo性材料的電導率和電流都會發生變化,這作為電子設備檢測到的可測量響應在傳感器中。因此,電導率特性對于傳感器應用很重要。



傳統聚合物傳感器

迄今為止,大多數基于聚合物的傳感器都采用大塊聚合物,并且通常具有幾秒級的響應時間,因此它們可用于許多應用。聚合物的有ji和長鏈組成意味著聚合物可以通過多種不同的方式感知其局部環??境的變化,zui常見的傳感機制包括氧化還原反應、離子吸附和解吸機制、體積和重量變化,鏈構象變化或電荷轉移過程。除了它們的傳感能力,導電聚合物還具有許多普通聚合物所具有的優點,例如低溫合成和加工、大面積制造、靈huo性和低成本,所有這些都有助于它們的實現傳感器。



許多用于基于聚合物的傳感器的傳統材料是特定的本體聚合物,例如聚吡咯 (PPy)、聚苯胺 (PANI)、聚噻吩 (PTh) 和聚 (3,4-亞乙基二氧噻吩) (PEDOT)。這些材料多年來一直處于聚合物傳感器的前沿,因為它們中的每一種都具有有利于傳感器應用的特定特性。例如,PPy 具有低氧化電位和良好的生物相容性,PANI 具有非常便宜的單體構建塊,PTh 具有許多不同的有用衍生物,PEDOT 具有良好的光學透明度并且可溶于水。



許多使用的聚合物是通過化學和電化學聚合方法制成的粉末或薄膜形式。然而,鑒于傳感器需要準確和zui,所使用的聚合過程需要創建具有zui結構和形態的聚合物。這說起來容易做起來難,但需要加以考慮,因為許多聚合物不溶于許多溶劑,而且許多聚合物不具有特定的特性(例如熱塑性特性)。



向聚合物na米材料的轉變

由于本體聚合物的導電性能有限,近年來已經轉向使用na米尺寸的聚合物材料,因為它們比本體聚合物具有更高的導電性能。na米尺寸聚合物的使用還使基于聚合物的傳感器變得更小,具有更復雜的結構,并擁有更靈敏的表面——這是基于與本體聚合物材料相比增加的表面積比和更快的吸收/解吸na米材料表面的動力學。



一個主要缺點(作為一個整體的聚合物na米材料)是它們不如它們的大塊對應物穩定。正因為如此,與其他na米材料的發展相比,用于傳感器的聚合物na米結構的發展相當緩慢,現在它們被視為一種選擇原因是因為先進制造技術的發展可以更好地(即zui地)控制na米結構聚合物的尺寸和形態。近年來,這是通過將聚合方法與模板機制相結合來實現的,其中模板有助于na米結構聚合物的特定和受控生長。



應用

就可以利用聚合物材料(大塊和na米尺寸)的傳感器而言,已經試驗了許多不同類型的傳感器,盡管大多數傳感器已用于感測化學物質或生物分子。在化學傳感方面,它們的化學惰性使其成為檢測有毒氣體和揮發性有ji化合物 (VOC) 以及用于檢測酒精、濕度和特定化學陰離子(電化學電位傳感器)的理想選擇。在生物傳感器方面,它們的生物相容性意味著它們可用于檢測各種生物分子,包括酶、抗體、核酸和蛋白質,以及能夠檢測細胞。也正在探索基于聚合物的傳感器用于其他傳感應用


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