PANi đó đƣợc sử dụng nhƣ một vật liệu cảm biến do tớnh chất ụxy húa khử của nú. Cỏc tớnh chất điện cú thể dễ dàng đƣợc kiểm soỏt bằng cỏc quỏ trỡnh pha tạp hoặc khử pha tạp dẫn đến việc tạo ra trạng thỏi dẫn điện và khụng dẫn điện. Độ dẫn điện của PANi phụ thuộc vào loại và số lƣợng của tạp chất sử dụng. Bất kỳ sự tƣơng tỏc với PANi đều cú ảnh hƣởng đến số lƣợng và chuyển động của cỏc hạt mang điện, cỏc hạt mang điện này chuyển động dọc theo chuỗi hoặc bằng cỏch nhảy giữa cỏc chuỗi sẽ ảnh hƣởng đến tớnh dẫn điện của PANi pha tạp. Đõy là nguyờn tắc húa học chớnh và cơ bản cho phộp PANi đƣợc sử dụng nhƣ một vật liệu cảm biến húa học. Cú nhiều cụng đoạn liờn quan đến PANi pha tạp với cỏc axớt hữu cơ và vụ cơ khỏc nhau đó đƣợc thực hiện trong lĩnh vực cảm biến khớ. S.Koul và cộng sự [91], M.M. Ayad [11], NJ Pinto [140] đó sử dụng PANi làm vật liệu nhạy khớ cho khớ cồn, NH3 và một số dẫn xuất của NH3 và đó cho thấy PANi là một vật liệu tốt cho cảm biến. Trong khi đú, một số nhúm nghiờn cứu khỏc sử dụng TiO2 nhƣ một vật liệu cảm biến nhƣ C. Guo [53], J.S. Thakur [73], W.C. Tian [177] và nhiều nhúm khỏc [85], [135], [136] cho thấy đặc tớnh hiệu quả của TiO2 khi sử dụng làm vật liệu nhạy khớ.
Từ đú đề xuất vật liệu tổ hợp giữa PANi và TiO2 cú thể cho đặc tớnh cảm biến tốt hơn so với cỏc vật liệu đơn. Một lý do khỏc để tăng cƣờng sự đỏp ứng cảm biến cú thể đƣợc dự kiến là do sự gia tăng diện tớch bề mặt của vật liệu tổng hợp lai ghộp. H. Tai và cộng sự [172] nghiờn cứu đặc tớnh cảm biến của màng composite PANi: TiO2 đối với khớ NH3 và CO. Họ thấy rằng composite của PANi: TiO2 nhạy cảm với NH3 tốt hơn với CO. Độ dày của màng cảm biến và nhiệt độ trựng hợp cũng ảnh hƣởng đến đặc trƣng của cảm biến. Cỏc màng mỏng hơn cho thấy phản ứng tốt hơn do hấp phụ và giải hấp phụ tốt hơn trong cảm biến [173]. Đối với cảm biến khớ NH3 màng composite đƣợc chế tạo từ PANi: TiO2 (đƣờng kớnh hạt TiO2 nhỏ hơn 40 nm) tốt hơn với cỏc màng composite khỏc nhƣ PANi: SnO2 và PANi: In2O3 (đƣờng kớnh hạt SnO2 và In2O3 nhỏ hơn 100 nm) [171]. Hỡnh 1.26 là kết quả đo hỡnh thỏi bề mặt của PANi: TiO2, PANi: SnO2 và PANi: In2O3. Nhỡn vào Hỡnh 1.26 ta thấy PANi đƣợc pha tạp bởi TiO2, SnO2 và In2O3 cú tớnh chất xốp thay đổi phụ thuộc vào loại tạp. Sợi nanocomposite PANi/ụxớt vụ cơ đƣợc tạo thành cú kớch thƣớc khỏc nhau một cỏch rừ rệt, tuy nhiờn ảnh SEM khụng phõn biệt rừ sự phõn bố hạt ụxớt vụ cơ trờn sợi PANi đƣợc tạo thành.
33
Hỡnh 1.26.Ảnh SEM của màng: a) PANi, b) PANi/TiO2, c) PANi/SnO2 và d) PANi/In2O3[171]
Nhúm tỏc giả S.G. Pawar [136], [137] đó tổng hợp nanocomposite PANi/TiO2 bằng phƣơng phỏp húa học từ monome ANi với sự cú mặt của TiO2 (đƣờng kớnh 50 60 nm). Hỡnh thỏi bề mặt của màng composite PANi/TiO2 với cỏc tỷ lệ khối lƣợng TiO2 khỏc nhau do nhúm tỏc giả này đo đƣợc nhƣ Hỡnh 1.27.
Hỡnh 1.27. Ảnh hiển vi điện tử quột của màng: a) PANi, b) - e) PANi/TiO2 (20-50 % khối lượng) và f) TiO2[136]
Cơ chế cảm biến tƣơng tự cũng đó đƣợc đề xuất bởi D.S Dhawale ([37], [38]) do chuyển tiếp p-n cho thấy khả năng đỏp ứng tối đa là 63 % khi tiếp xỳc với 0,1 % thể tớch khớ gas húa lỏng ở nhiệt độ phũng.
Tỏc giả Y. Li [100]nghiờn cứu chế tạo sợi composite PANi/TiO2 với cỏc tỷ lệ TiO2 khỏc nhau, cho kết quả về hỡnh thỏi bề mặt nhƣ Hỡnh 1.28.
a) b)
34
Hỡnh 1.28.Ảnh SEM của sợi composite PANi/TiO2 với tỷ lệ TiO2: P1 là 61,26 %, P5 là 40,7 % và P5 là 28,13 % [100]
Nhúm nghiờn cứu chỉ ra rằng thụng thƣờng màng PANi/TiO2 cú thể phỏt hiện mức ppm NH3, trong khi cỏc cảm biến sợi nano tổng hợp PANi/TiO2 chế tạo trong nghiờn cứu của nhúm này cú thể phỏt hiện nồng độ thấp tới 25 ppb NH3. Diện tớch bề mặt lớn và liờn kết giữa TiO2 và PANi trong sợi nano đúng gúp vào việc cải thiện độ nhạy cảm biến khớ.
Khi tỷ lệ PANi/TiO2 dƣới giỏ trị tối ƣu (TiO2 khoảng 40,74 % khối lƣợng), độ nhạy tăng với hàm lƣợng TiO2 trong sản phẩm, khi tỷ lệ này lớn hơn giỏ trị tối ƣu, độ nhạy giảm với hàm lƣợng TiO2 trong composite. Vị trớ ngẫu nhiờn của cỏc hạt nano TiO2 dọc theo cỏc sợi nano PANi và diện tớch tiếp xỳc giữa hai thành phần đƣợc cải thiện làm cho cảm biến sợi nano composite PANi/TiO2 nhạy cảm hơn so với PANi tinh khiết.
Hỡnh 1.29.Đỏp ứng của sợi composite PANi/TiO2 với khớ NH3[100]
Nghiờn cứu cảm biến cũng đó đƣợc thực hiện trờn cỏc amin. X. Ma và cộng sự [115] đó chế tạo màng nanocomposite PANi: TiO2 bằng phƣơng phỏp húa học của monome ANi trong sự hiện diện của cỏc hạt nano TiO2 và đo độ nhạy khớ đối với khớ triethylamine (C6H15N) và trimethylamine (C3H9N). Tỏc giả cho thấy rằng những màng mỏng nano đó cú thể phõn biệt giữa trietylamine với trimethylamine và cho thấy khả năng đỏp ứng và phỏt hiện với lƣợng khớ tối đa 5,14x10-7
mol/ml. Tỏc giả X. Ma [115] cho rằng khả năng hồi phục là do tƣơng tỏc Van der Waals giữa cỏc amin và chuỗi PANi. Cỏc kết quả và cỏch chế tạo cũng đó đƣợc J. Zheng và cộng sự cụng bố [201].
35
Cỏc cảm biến để phỏt hiện hơi hữu cơ nhƣ rƣợu đƣợc Jumali [83]chế tạo dựa trờn vật liệu nền PANi đƣợc tiến hành ở nhiệt độ phũng cho thấy rằng cả hai composite với TiO2 và ZnO đều cú khả năng cảm ứng tốt. Tỷ lệ tối ƣu của màng PANi: TiO2 và PANi: ZnO là 3:1 cho cảm biến với hơi rƣợu.