The polypyrrole and polyaniline thin film sensors which were made by chemical polymerization were employed to detect ethanol gas. With a single sensor element we can obtain characteristic patterns of behaviour across a very wide frequency range when measuring either resistance or capacitance. Impedance spectroscopy was employed to study the gas sensing behavior of both capacitance and resistance based sensors with conducting polymer as the active sensing element.
Polypyrrole (PPy)/multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) composites were prepared by in situ polymerization of pyrrole on the surface of MWCNTs templates to improve the ammonia gas sensing properties. PPy morphologies, formed on the surface of MWCNTs, were investigated by field emission scanning electron microscopy. The thermal stabilities of the PPy/MWCNTs composites were improved as the content of MWCNTs increased due to the higher thermal stability of the MWCNTs. PPy/MWCNTs composites showed synergistic effects in improving the ammonia gas sensing properties, attributed to the combination of efficient electron transfer between PPy/MWCNTs composites and ammonia gas, and the reproducible electrical resistance variation on PPy during the gas sensing process.
The polypyrrole prepared with pyrrole monomer, APS and DBSA was synthesized by chemical Polymerization at $V^{\circ}C$ under atmosphere conditions. After dissolving polypyrrole powder to the chloroform including DBSA, polypyrrole film was prepared on the alumina substrate with an interdigitated electrode by using the dip-coating method. This film was soaked in methanol solvent for 1 h at room temperature and heated to $70^{\circ}C$ for 4 h in $N_2$. Initial resistance was increased with the increasing humidity and decreasing temperature. The sensitivity was increased with lower humidity and decreasing temperature. The best linearity was achieved at $25^{\circ}C$ and low humidity of 0%.
In continuous research of detecting highly toxic chemical warfare agents to ensure preparedness for the future battlefield, flexible and wearable sensor platforms with high sensitivity are still demanding. Herein we demonstrate a facile fabrication of polypyrrole-based chemiresistors on cellulose paper for the detection of nerve gas simulants. In order to optimize electrical properties of sensor platform, conducting polymer made of polypyrrole were first synthesized on flexible cellulose paper and interdigitated electrodes were formed thereon. Following confirmation of polypyrrole and/or oxime moiety through FT-IR analyses, electrical characteristics were measured in the various ratio of monomers between simple pyrrole and oxime-modified one. Typically for the optimized chemiresistor(2:8 molar ratio of simple pyrrole and oxime-modified one), eleven species of chemical warfare agents were examined and enhanced conductivity(104~105 order) was observed for three simulants(diethyl cyanophosphonate, diisopropyl fluorophosphonate and diethyl chlorophosphonate), which was mainly attributed to intermolecular hydrogen bonding, while no significant responses was recorded against sixteen common volatile organic chemicals.
Conducting polymer (Polypyrrole) and Tin oxide ($SnO_{2}$) composite films have been fabricated with layer-by-layer technique. $SnO_{2}$ layer was screen-printed on $Al_{2}O_{3}$ substrate and then was dip-coated with polypyrrole (Ppy). The microstructures of composite films were evaluated by a field emission scanning electron microscope (FE-SEM) and FTIR spectral analysis. The change in sensitivity to various VOCs was observed. The target VOCs were methanol, ethanol, benzene and toluene. The sensitivities of the $Ppy/SnO_{2}$ sensor to benzene and toluene were very low at 1000 ppm (2.1 %, 1.5 %), while the sensitivities to methanol and ethanol was high (9 %, 11 %). It indicates that the sensors have selectivity to alcoholic gases such as methanol and ethanol.
전도성 고분자인 poupyrrole과 polyaniline을 이용하여 센서를 제조하고 휘발성 유기화합물에 대한감응특성 및 감지막의 물성을 조사하여 지금까지 알려지지 않은 감응 기구를 설명하고자 하였다. Polypyrrole과 polyaniline은 두께가 얇은 경우가 두꺼운 경우보다 감도가 높았으며, 1분간 도펀트를 제거한 센서가 가장 높은 감도를 나타내었다. 또한 두 가지 센서 모두 극성이 강한 분자가 흡착될수록 감도가 증가하였는데, 이는 극성을 갖는 분자가 감지막 내부로 침투하여 polaron 및 자유 carrier를 고착시키거나 추가의 자유 carrier를 형성하여 전도도에 변화를 주기 때문인 것으로 판단된다.
Electrically conductive polypyrrole-polyvinylpyrrolidone (PPy-PVP) nanofiber mats with a core-shell structure have been successfully fabricated by a two-step process: the formation of FeCl3-containing PVP nanofiber mat by electrospinning, and the vapor-phase polymerization (VPP) of pyrrole monomer on the mat in a sealed chamber at room temperature. Surface morphology and chemical composition of the PPy-PVP mat were characterized by SEM, EDX and FTIR analyses. The as-prepared nonwoven mat was composed of PPy-PVP nanofibers with an average diameter of 300 nm. The sheet conductivity of the nanofiber mat was measured to be approximately 0.01 S/cm by a four-point probe. We have also investigated gas-sensing properties of PPy-PVP nanofiber mat upon exposure to methanol vapor. The PPy-PVP nanofiber sensors were observed to have excellent methanol-sensing performance. The nanofiber-based core-shell nanostructure could give an opportunity to fabricate a highly sensitive and fast response sensor due to its high surfaceto-volume ratio.
휘발성 유기 화합물 가스(Volatile Organic Compounds)를 인식하고 분석하기 위하여 전도성 고분자 센서어레이를 이용한 시스템을 제작하였다. Polypyrrole와 Polyaniline을 화학중합법으로 센서에 전도성고분자막을 형성하였고 이를 통해 VOC 검지용 센서 어레이를 제작하였다. 센서어레이로부터 측정되는 다차원 데이터는 주성분분석법(PCA)과 RBF(Radial Basis Function Network)을 이용하였다. 제안된 시스템으로 VOCs 가스를 인식하는데 있어서 RBF Network이 PCA 방식보다 더욱 효율적인 것으로 판단되었다.
Conducting PPy/PVA composite and pure PPy gas sensors were prepared by in-situ vaporstate polymerization method in a vaporization chamber under N2 condition, by exposing the pre-coated electrode with PVA/FeC13 to distilled pyrrole monomer. The various electrical sensing behaviors of both types of sensors were systematically investigated by a flow measuring system including mass flow controller (MFC) and bubbling bottle. The FT-Raman spectroscopy of vapor state polymerized PPy was identical to that of chemically polymerized PPy, confirming the same chemical structure. Both types of sensors had positive sensitivity when exposed to methanol gas. The sensitivity varied linearly with gas concentration in the range of 50ppm to 1059ppm. The detection limit of PPy/PVA sensor was believed to be as low as 10ppm. The sensitivity of PPy/PVA composite sensor was higher than that of pure PPy sensor. Both the response time and recovery time of PPy/PVA composite sensors were longer than those of pure PPy sensors. The thickness of the sensing film affected the sensitivity this way that the sensor having thinner film had higher sensitivity, indicating that the resistance of polymer film involved in the sensing behavior was bulk resistance rather than surface resistance. The reproducibility of PPy/PVA composite sensor was excellent during eight on-off cycles by switching between N2 and 3000ppm methanol gas. The sensitivity of PPy/PVA composite sensor was only maintained for two weeks, while the sensitivity of pure PPy sensor was maintained over two months.
전도성 고분자 센서 (Conducting polymer sensors)는 상온에서 휘발성 유기 화합물 가스 (Volitile organic compounds gases)에 대해 감도를 가지고 있다. 화학 중합으로 제조된 전도성고분자인 polypyrrole과 polyaniline로 이루어진 8개의 센서 어레이를 이용하여 VOCs 가스에 대한 감응 특성을 살펴보았다. 화학 중합으로 합성된 각 센서들은 증류된 pyrrole, aniline과 dopant로 dodecylbenzene sulfonic acid (DBSA)와 산화제로 ammonium persulfate (APS) 그리고 증류수를 이용하여 제조되었으며, 각 센서들의 특성 부여를 위해 redoping과 dedoping은 전기화합법을 이용하여 제조하였다. Dedoping 법은 전압을 반대로 걸어주어 처음 첨가된 dopant를 전해질 속으로 빼냈으며, redoping법은 1-octanesulfonic acid sodium salt를 화합중합으로 형성된 막에 다시 첨가 시켰다. 감도와 가역성은 doping, dedoping, redoping 그리고 두께에 따라 영향을 받는다는 것을 알 수 있었다. 이들 전도성 고분자의 구조와 감도와의 관계를 scanning electron microscope (SEM), scanning probe microscope (SPM) 그리고 $\alpha$-step을 사용하여 조사하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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