用于广谱挥发性有机化合物（VOC）检测的3D打印双极性聚合物复合材料

摘要

由于具有机械柔韧性、可溶液加工性和可调的分子相互作用，化学电阻聚合物复合材料已成为检测挥发性有机化合物（VOCs）的有希望的候选材料。在这项研究中，我们报道了一种由亲水性聚乙烯醇（PVA）和疏水性醋酸纤维素丁酸酯（CAB）组成的可混合双极性聚合物混合物，该混合物添加了3 wt.%的多壁碳纳米管（MWCNTs），并通过直接墨水书写（DIW）技术制备出均匀且无缺陷的传感薄膜。这种互补的混合结构实现了氢键作用和范德华相互作用的同时发生，从而在常温条件下能够选择性地、可逆地检测极性分析物（如乙醇、氨）和非极性分析物（如甲苯、苯、己烷）。所得到的DIW打印传感器表现出较高的信噪比（SNR）（大多数分析物的SNR大于500，甲苯在高浓度下的SNR超过2000），并且检测限低至乙醇10 ppm和非极性VOCs 25 ppm，无需较高的操作温度。光学（UV–Vis）和饱和度研究证实，分析物与聚合物之间的亲和力受亲水-疏水平衡的控制，并通过纳米管的渗透作用得到增强，这种亲和力决定了传感器的灵敏度和选择性。本研究整合了一种可扩展且成分可调的制造策略，用于环境VOC的检测，突显了增材制造在创建灵活、高性能气体传感平台方面的潜力，这些平台对植物或人类健康特别有用。