Вплив модифікованого кремнезему на провідність та сенсорні властивості нанокомпозитів поліаніліну

The introduction of nanosized fillers into composites with conductive polymers allows them to control physical and chemical characteristics of these polymers. Silica nanoparticles due to its remarkable properties, which include large ratio of surface area to volume, excellent chemical stability, low cost of synthesis, and low toxicity, especially convenient surface modification, have attracted much attention of researchers. Such materials may be as excellent platforms for development of smart sensing systems for numerous applications in analytical chemistry and bioanalysis, in medical diagnostics and therapy, environmental and food analysis, security. It is known that the presence of nanosized silica in the structure of hybrid polymeric composites can not only radically change the structure, but also lead to improved mechanical characteristics, sorption capacity, increase or decrease in specific conductivity. In this work the method of polymerization filling “in situ” was used for preparation of the hybrid composites of polyaniline with nanoparticles of silica modified by titanium (TAC-7) and phosphorus (F-2.1) compounds, studied their morphology, electrical and moisture absorption properties. Influence of the content of inorganic component in composites on their specific conductivity, activation parameters of conductivity and their changes under the action of moisture were studied. It is shown that the filler content of 1–4% increases the electrical conductivity of composites and the incorporation of modified nanoparticles F-2.1 helps stabilize the resistivity of nanocomposites at high humidity. The resistivity change less than 2% was observed throughout the whole range of possible moisture, therefore the obtained modified material can be recommended for using in the resistive sensors operating in the condition of high humidity. Moreover, F-2.1 enhances sensitivity of polymer matrix to hydrogen chloride vapors. So, the possibility of using chemically deposited thin films of polyaniline/modified silica nanocomposite for the optical gas sensors production for various purposes, including monitoring the state of environments in real conditions of atmosphere, is shown.Введення нанорозмірних наповнювачів до складу композитів на основі провідних полімерів дозволяє контролювати фізико-хімічні характеристики цих полімерів. Наночастинки кремнезему привертають значну увагу дослідників завдяки чудовим властивостям, що включають велике співвідношення площі поверхні до об’єму, відмінну хімічну стабільність, малу вартість синтезу і токсичність, особливо зручну модифікацію поверхні. Такі матеріали можуть бути відмінною основою для розробки інтелектуальних систем зондування для численних застосувань в аналітичній хімії та біоаналізі, у медичній діагностиці та терапії, екологічному та харчовому аналізі, безпеці. Відомо, що наявність нанорозмірного кремнезему в складі гібридних полімерних композитів може не тільки радикально змінити їхню структуру, але і поліпшити механічні характеристики, сорбційну ємність, змінити питому електропровідність. У роботі використаний метод полімеризаційного наповнення “in situ” для отримання гібридних композитів поліаніліну з наночастинками кремнезему, модифікованого сполуками титану (TAЕ-7) і фосфору (Р-2.1), вивчено їхню морфологію, електричні та водопоглинаючі властивості. Досліджено вплив вмісту неорганічного компонента в композитах на питому електропровідність, активаційні параметри провідності та їхні зміни під дією вологи. Показано, що вміст наповнювача 1–4% збільшує електропровідність композитів, а також інкорпорація модифікованих наночастинок Р-2.1 сприяє стабілізації питомого опору нанокомпозитів при високій вологості. Зміни питомого опору менше 2% спостерігалися у всьому діапазоні можливої вологості, тому отриманий модифікований матеріал може бути рекомендований для застосування в резистивних сенсорах, що працюють в умовах високої вологості. Крім того, Р-2.1 підвищує чутливість полімерної матриці до парів хлороводню. Отже, показана можливість використання хімічно осаджених тонких плівок нанокомпозиту поліанілін/модифікований кремнезем для виробництва оптичних газових сенсорів для різних цілей, включаючи моніторинг стану середовищ в реальних умовах атмосфери