戈明亮，何梓宇

（1 華南理工大學(xué)聚合物成型加工工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州 510641；2 華南理工大學(xué)聚合物新型成型裝備國(guó)家工程研究中心，廣東廣州 510641）

聚丁二炔（PDA），又稱聚二乙炔，是一類共軛高分子。如圖1所示，不同烷基長(zhǎng)度和端基類別的二炔單體（DA）進(jìn)行自組裝以滿足特定的幾何參數(shù)后，可在紫外線或γ光的照射下加成反應(yīng)生成主鏈含碳碳雙鍵和碳碳三鍵的聚丁二炔。聚丁二炔作為傳感器的優(yōu)勢(shì)來(lái)源于其光學(xué)性質(zhì)對(duì)外界環(huán)境的刺激十分敏感，在外界環(huán)境刺激下藍(lán)色的聚丁二炔會(huì)轉(zhuǎn)變至紅色，且顏色的變化可肉眼觀察；藍(lán)色的聚丁二炔沒(méi)有熒光，紅色的聚丁二炔是有熒光的，這使得聚丁二炔可設(shè)計(jì)成熒光傳感材料。同時(shí)二炔分子很容易通過(guò)氫鍵自組裝成各種特異的結(jié)構(gòu)，并能在聚合過(guò)程中引入配體或底物形成復(fù)合檢測(cè)平臺(tái)，從而增強(qiáng)傳感性能。聚丁二炔被廣泛應(yīng)用于對(duì)不同刺激源的檢測(cè)，如溶劑、pH、壓力、溫度、生物分子等刺激都能使其發(fā)生光學(xué)性質(zhì)的轉(zhuǎn)變，這一特性使聚丁二炔類材料被研究制備成多種傳感器。該類傳感器可通過(guò)觀察熒光值和比色值的變化定性定量地對(duì)待測(cè)物進(jìn)行傳感，而肉眼可見的顏色變化這一特性更為該類傳感器帶來(lái)便捷、高效的優(yōu)點(diǎn)。

圖1 聚丁二炔合成與受刺激變色示意圖

在工業(yè)生產(chǎn)或科學(xué)研究中，因操作不當(dāng)或設(shè)備老化導(dǎo)致的有害氣體泄漏問(wèn)題嚴(yán)重危害著人們的生命健康，對(duì)有害氣體進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)可防止各類事故的發(fā)生。設(shè)備昂貴、設(shè)計(jì)復(fù)雜、應(yīng)用范圍窄等缺點(diǎn)嚴(yán)重限制著傳統(tǒng)氣敏傳感器的發(fā)展，為了拓展氣敏傳感器的應(yīng)用范圍，尋求更具功能性的氣敏傳感材料十分必要。由于溶劑、pH等刺激能有效地促使聚丁二炔發(fā)生顏色轉(zhuǎn)變，聚丁二炔有望成為新型的氣敏傳感材料。本文從聚丁二炔的單體類型、結(jié)構(gòu)調(diào)控、變色機(jī)理等多方面闡述聚丁二炔作為氣敏材料的研究現(xiàn)狀，并總結(jié)了各種聚丁二炔復(fù)合材料的氣敏傳感應(yīng)用，為新型、智能型、微型聚丁二炔傳感器的制備提供一定的理論基礎(chǔ)和指導(dǎo)。

1 純聚丁二炔氣敏材料

1.1 聚丁二炔氣敏傳感機(jī)理

聚丁二炔由藍(lán)到紅及熒光的轉(zhuǎn)變機(jī)理仍未被徹底研究清楚，目前學(xué)界主流的觀點(diǎn)認(rèn)為：聚丁二炔的側(cè)鏈?zhǔn)艿酵饨绱碳ず蟀l(fā)生波動(dòng)，導(dǎo)致共軛主鏈骨架從平面擺動(dòng)至非平面，這樣的構(gòu)象變化導(dǎo)致了光學(xué)的轉(zhuǎn)變。聚丁二炔的側(cè)鏈對(duì)主鏈結(jié)構(gòu)的構(gòu)象轉(zhuǎn)變起著重要的作用，改變烷基鏈的長(zhǎng)度、側(cè)鏈的有序性和側(cè)鏈端基官能團(tuán)之間的相互作用都會(huì)改變聚合物側(cè)鏈的運(yùn)動(dòng)能力，從而改變其刺激變色的有關(guān)性能。這點(diǎn)使得聚丁二炔可通過(guò)側(cè)鏈改性定向設(shè)計(jì)成特別的傳感材料。

聚丁二炔制備成氣敏傳感器材料的本征機(jī)理是有機(jī)溶劑及pH 能引起聚丁二炔主鏈構(gòu)象的變化。當(dāng)氣體分子被吸附在高分子鏈上時(shí)，兩者之間的相互作用如氫鍵作用、靜電作用等擾動(dòng)了側(cè)鏈，從而導(dǎo)致變色傳感；還有相關(guān)研究表明檢測(cè)有機(jī)氣體時(shí)，聚丁二炔基質(zhì)中存在的未聚合單體會(huì)發(fā)生溶解的現(xiàn)象，從而引起主鏈結(jié)構(gòu)發(fā)生局部應(yīng)力差導(dǎo)致共軛主鏈發(fā)生角度變形，實(shí)現(xiàn)光學(xué)轉(zhuǎn)變。聚丁二炔能成為氣體傳感材料的優(yōu)勢(shì)就在于其可通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使側(cè)鏈成為不同敏感性的“鎖”，而不同氣體可看作“鑰匙”，根據(jù)鑰匙和鎖的匹配性使聚丁二炔材料成為獨(dú)特的氣體傳感器。

聚丁二炔材料受氣體刺激時(shí)通常會(huì)引發(fā)兩種光學(xué)信號(hào)的轉(zhuǎn)變：比色變化和熒光變化。作為智能氣敏材料，除了可以通過(guò)裸眼觀察進(jìn)行對(duì)氣體的定性傳感，還可通過(guò)式(1)和式(2)計(jì)算顏色響應(yīng)值（CR）來(lái)定量計(jì)算響應(yīng)程度。

式中，和為紫外光譜中藍(lán)相和紅相各自的最大吸收峰面積；為原材料藍(lán)相占比；為響應(yīng)后藍(lán)相占比。通過(guò)CR 值的表示，可有效展示傳感材料的響應(yīng)程度。

另外，通過(guò)掃描材料樣本點(diǎn)內(nèi)每個(gè)像素紅、綠、藍(lán)的顏色值，然后用式(3)和式(4)計(jì)算出RGB值也可對(duì)傳感結(jié)果進(jìn)行定性定量的分析。

式中，（紅色）、（綠色）、（藍(lán)色）為通過(guò)掃描得出的三色數(shù)值；是紅色色度占比；為被掃描表面上所有像素的平均紅色色度；和為藍(lán)紅轉(zhuǎn)變最為明顯區(qū)域中變色前后的平均紅色色度。RGB 值可定量表示傳感材料的紅色度變化，輸出響應(yīng)程度。

1.2 聚丁二炔衍生物的氣敏應(yīng)用

不同結(jié)構(gòu)的二炔單體可合成功能各異的聚丁二炔，能直接購(gòu)買且能長(zhǎng)期儲(chǔ)存的二炔單體原料大多是帶羧酸基的，如10,12-二十五碳二炔酸（PCDA）和10,12-二十三碳二炔酸（TCDA）等。雖然研究證明這類單體聚合而成的純聚丁二炔能被多種氣體刺激導(dǎo)致變色，但是純羧基修飾的聚丁二炔比色響應(yīng)靈敏度低，而且在不同揮發(fā)性有機(jī)氣體刺激下有著相似的顏色變化，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)氣體的高選擇性響應(yīng)，所以直接使用單組分聚丁二炔傳感器對(duì)氣體進(jìn)行比色區(qū)分極具挑戰(zhàn)性。為改善這一情況，大多數(shù)研究者開始對(duì)羧酸基聚丁二炔進(jìn)行結(jié)構(gòu)改性。

聚丁二炔材料合成簡(jiǎn)單，可在水溶液中自組裝成不同結(jié)構(gòu)的納米粒子，如囊泡狀、納米線、膠束、脂質(zhì)體等，不同結(jié)構(gòu)的聚丁二炔表現(xiàn)出不一樣的變色靈敏度。為了提高聚丁二炔的變色靈敏度，Valdez 等通過(guò)強(qiáng)力紡絲法制備了聚丁二炔納米纖維狀材料，將其用作對(duì)胺類氣體的檢測(cè)。檢測(cè)氣體時(shí)，聚丁二炔納米纖維的熒光強(qiáng)度隨蒸氣濃度增加呈線性增加，檢測(cè)濃度下限約為7mg/L，當(dāng)濃度為500mg/L 時(shí)，可肉眼觀察到材料的變色現(xiàn)象。這說(shuō)明了納米結(jié)構(gòu)狀的聚丁二炔擁有更好的溶液或氣體吸附性，能提高傳感材料的變色靈敏度和檢測(cè)極限。

二炔單體的兩端可進(jìn)行化學(xué)修飾和局部功能化，而二炔分子中烷基鏈的長(zhǎng)度、二炔基在分子中的位置以及極性側(cè)基對(duì)材料的自組裝行為和光學(xué)性質(zhì)有顯著的影響，所以探究DA 單體的烷基長(zhǎng)度和官能團(tuán)類型對(duì)促進(jìn)材料在遭遇不同溶液或氣體時(shí)的響應(yīng)敏感性有關(guān)鍵作用。為了研究不同DA的烷基鏈長(zhǎng)度對(duì)氣敏變色性能的影響，Park等利用具有不同長(zhǎng)度烷基鏈的二炔酸單體合成了聚丁二炔氣敏材料。結(jié)果表明在氨氣刺激下，短側(cè)鏈的聚丁二炔有更高的響應(yīng)靈敏度。更多學(xué)者著力于研究不同側(cè)鏈官能團(tuán)對(duì)聚丁二炔變色傳感性能的影響。尿毒、香豆素、呋喃酮等側(cè)基帶來(lái)的結(jié)構(gòu)多樣性會(huì)導(dǎo)致側(cè)鏈之間不同的相互作用力和堆積形態(tài)，這使單組分傳感器材料在對(duì)某些氣體進(jìn)行檢測(cè)時(shí)展現(xiàn)出高選擇性和高靈敏度。Park等開發(fā)了一個(gè)高精度和簡(jiǎn)單的VOC傳感器系統(tǒng)。如圖2所示，他們制備了四種不同端基的DA，由于不同官能團(tuán)的二炔單體聚合而成的聚丁二炔遭遇氣體時(shí)有著不同的側(cè)鏈結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變現(xiàn)象，再者不同官能團(tuán)與被測(cè)氣體也有特異的相互作用，所以四種材料在遭遇相同氣體時(shí)有著不一樣的變色反應(yīng)。根據(jù)RGB值的組合情況，4種DA單體組成的聚丁二炔陣列可以對(duì)多種揮發(fā)性氣體進(jìn)行定性分析。

圖2 聚丁二炔陣列傳感器的設(shè)計(jì)示意圖[27]

不同結(jié)構(gòu)的聚丁二炔類衍生物雖然具有特異的氣敏選擇性和良好的靈敏度，但純聚丁二炔類材料還存在許多有待攻克的缺點(diǎn)，如改性官能團(tuán)實(shí)驗(yàn)成本高、得率低、過(guò)程復(fù)雜、官能團(tuán)種類選擇少等，這些缺點(diǎn)都限制了純聚丁二炔材料作為氣敏傳感材料的發(fā)展。

2 聚丁二炔復(fù)合氣敏材料

單組分聚丁二炔很難滿足氣敏傳感材料的使用需求。為了改善純聚丁二炔材料靈敏度不高、檢測(cè)范圍窄、力學(xué)性能差等缺點(diǎn)，聚丁二炔復(fù)合氣敏傳感材料逐漸得到了發(fā)展。為了提高氣體傳感性能，國(guó)內(nèi)外研究者主要將各類聚合物或納米粒子整合到聚丁二炔復(fù)合體系當(dāng)中。各種功能改性的納米粒子具有大的比表面積和活性位點(diǎn)，而聚合物能提供優(yōu)秀的加工性能、高模量、高機(jī)械強(qiáng)度等特性，這些優(yōu)點(diǎn)能明顯改進(jìn)純聚丁二炔作為傳感器材料所表現(xiàn)出的不足。與大多數(shù)傳統(tǒng)氣敏傳感器相比，聚丁二炔復(fù)合材料表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(shì)，如易于操作、穩(wěn)定性和可移植性好等。

2.1 聚丁二炔/聚合物復(fù)合材料的氣敏性能

用于填充聚丁二炔的聚合物選擇性多樣，研究者們根據(jù)傳感應(yīng)用場(chǎng)合的需求，利用不同聚合物的優(yōu)秀性能對(duì)聚丁二炔的變色靈敏度進(jìn)行了優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了多種傳感材料的制備。為了驗(yàn)證聚合物基質(zhì)帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)，Kim 等制備了聚丁二炔/聚氨酯（PU）納米纖維材料。圖3 是納米纖維狀和薄膜狀PDA/PU 的顏色響應(yīng)對(duì)比圖，在不同氣體測(cè)試下納米纖維狀的復(fù)合材料比薄膜狀的復(fù)合材料擁有更低的檢測(cè)閾值，在100mg/L濃度的苯蒸氣下就可實(shí)現(xiàn)變色檢測(cè)，且表現(xiàn)出更高的比色值變化。這是由于聚氨酯構(gòu)建的納米纖維狀結(jié)構(gòu)提供了優(yōu)異的比表面積系統(tǒng)，但是材料的氣體選擇性響應(yīng)能力尚未得到明顯的提升。

圖3 PDA/PU復(fù)合材料暴露在不同濃度VOCs下的攝影圖像[33]

Kim等用層層堆疊法將聚丁二炔與聚4-苯乙烯磺酸鈉（PSS）交替疊置，在石英上形成多層結(jié)構(gòu)薄膜。結(jié)果表明，囊泡聚合后堆積比堆積后再聚合的復(fù)合材料具有更好的檢測(cè)效果。作為氣體傳感器檢測(cè)3000mg/L 濃度的氣態(tài)正丁胺時(shí)，8min 后可看見材料明顯的顏色轉(zhuǎn)變，這比其他結(jié)構(gòu)的聚丁二炔擁有更高的靈敏度，表明了PSS與PDA層層堆疊的夾層結(jié)構(gòu)有利于氣敏性能的增強(qiáng)。除此以外，研究人員還對(duì)其他聚合物如聚乙烯醇、聚氯乙烯進(jìn)行了復(fù)合材料的研究，復(fù)合材料在溶劑化變色增強(qiáng)應(yīng)用中也表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(shì)。

不同形態(tài)的聚合物能提供不同的物理復(fù)合結(jié)構(gòu)及可加工性，能給聚丁二炔氣提供良好的氣敏基底。研究表明，除了提高氣敏傳感器的靈敏度和力學(xué)強(qiáng)度，聚合物的引入尚未能有效提升聚丁二炔氣敏傳感材料對(duì)某類氣體的選擇性，這阻礙了聚丁二炔/聚合物復(fù)合材料在氣敏應(yīng)用中的拓展。

2.2 聚丁二炔/納米粒子復(fù)合材料的氣敏性能

納米填料的引入可以給材料帶來(lái)較大的比表面積和高的孔隙率，這樣的屬性有利于傳感材料對(duì)待測(cè)物質(zhì)的物理吸附。研究表明二氧化硅是優(yōu)異的增強(qiáng)材料，能有效加強(qiáng)聚丁二炔在不同刺激源下的變色性能。Song 等制備了納米二氧化硅/聚丁二炔復(fù)合材料，通過(guò)比表面積分析和堿刺激實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，比表面積越大的復(fù)合材料擁有更好的檢測(cè)極限和變色效果。Dolai 等制備了聚丁二炔/二氧化硅氣凝膠復(fù)合材料，并在制備過(guò)程中保留了氣凝膠基質(zhì)和嵌入式聚丁二炔的物理化學(xué)性質(zhì)。納米多孔結(jié)構(gòu)的二氧化硅氣凝膠雜化材料憑借高的孔隙率和大的表面積提供了優(yōu)異的氣體吸附性能，從而優(yōu)化了復(fù)合材料的檢測(cè)下限和靈敏度。圖4是PDA/氣凝膠（a）和PDA/硅膠（b）暴露于濃度為1000mg/L的不同氣體下的熒光譜圖，聚丁二炔氣凝膠暴露在苯蒸氣中時(shí)，10min內(nèi)就發(fā)生了強(qiáng)烈的熒光轉(zhuǎn)變，響應(yīng)比硅膠復(fù)合材料更為明顯和迅速，說(shuō)明二氧化硅氣凝膠這一納米多孔結(jié)構(gòu)的復(fù)合對(duì)于提高傳感器性能有著重大意義。

圖4 材料暴露于濃度為1000mg/L不同氣體下的熒光動(dòng)力學(xué)曲線[41]

有關(guān)研究表明，氧化鋅（ZnO）納米粒子摻入聚丁二炔后，會(huì)導(dǎo)致其顯色行為發(fā)生明顯變化，這是由于ZnO納米顆粒與羧基之間存在強(qiáng)烈的界面相互作用，導(dǎo)致其光聚合過(guò)程和刺激變色過(guò)程發(fā)生顯著變化。Phonchai 等制備了不同氧化鋅納米粒子含量摻雜的聚丁二炔傳感材料，氧化鋅粒子的插入增強(qiáng)了二炔的自組裝作用，且構(gòu)建成了層間距更大的雙層層狀結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氧化鋅的質(zhì)量含量為聚丁二炔的20%時(shí)，材料檢測(cè)四氫呋喃氣體時(shí)有著最好的響應(yīng)靈敏度。

功能性納米材料的選擇對(duì)復(fù)合材料的氣體靈敏度有很大影響，研究表明除了納米材料基底與氣體的作用會(huì)影響變色效果外，聚丁二炔和基底的相互作用也會(huì)影響其色變靈敏度。王曉娜將三維結(jié)構(gòu)的石墨烯材料復(fù)合聚丁二炔制備了氣敏性功能薄膜，并制作成一種便攜、高靈敏度的揮發(fā)性有機(jī)氣體傳感器。利用石墨烯大的表面積及與聚丁二炔分子之間較強(qiáng)的π-π 相互作用，實(shí)現(xiàn)了聚丁二炔分子在石墨烯表面上的有序組裝，進(jìn)而形成一種新型石墨烯/有機(jī)物層層組裝的結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，聚丁二炔/石墨烯復(fù)合材料對(duì)甲醇和二甲基甲酰胺氣體的響應(yīng)比聚丁二炔/PET 傳感器要有更高的靈敏度，在2min后可明顯觀察到顏色變化。如圖5的原子力顯微鏡圖所示，相比于PET基底，聚丁二炔與石墨烯基底有更好的相互作用，減少了團(tuán)聚現(xiàn)象并形成均勻的單層膜。結(jié)果表明除了較大的比表面積，強(qiáng)的吸附氣體的能力外，石墨烯與聚丁二炔良好的復(fù)合效果也有可能對(duì)氣敏性能做出貢獻(xiàn)。

圖5 復(fù)合材料的原子力顯微鏡圖[44]

功能化納米粒子可通過(guò)其表面豐富的基團(tuán)與聚丁二炔的側(cè)鏈形成強(qiáng)烈的復(fù)合效果，然后影響其共軛主鏈的擾動(dòng)情況，從而改善氣敏性能。而納米粒子選擇性多樣，不同粒子與聚丁二炔及待測(cè)氣體的配位作用、靜電作用、氫鍵作用等都能給與氣敏材料不一樣的選擇性和靈敏度。所以加深對(duì)納米材料的研究，必然是聚丁二炔復(fù)合氣敏材料未來(lái)發(fā)展的研究重點(diǎn)。

2.3 新型氣敏傳感器的制備應(yīng)用

區(qū)別于傳統(tǒng)氣敏材料，聚丁二炔裸眼可見的顏色響應(yīng)特性可以使其成為性能更為優(yōu)異的新型傳感器材料。復(fù)合材料除了能提高靈敏度外，還可為更多新應(yīng)用場(chǎng)合提供可能性。近年來(lái)，越來(lái)越多學(xué)者結(jié)合復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)構(gòu)建了多功能化的傳感器。

無(wú)機(jī)納米材料有著高的比表面積和孔隙率，有利于增強(qiáng)傳感器對(duì)有害氣體的檢測(cè)性能，還有助于吸附有害氣體實(shí)現(xiàn)凈化功能。Gao 等制備了以氧化鋁為基體，結(jié)構(gòu)為氣凝膠的聚丁二炔雜化材料。基于復(fù)合材料易于作后續(xù)加工設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，創(chuàng)新性地制作了聚丁二炔/氧化鋁氣凝膠/活性炭空氣檢測(cè)凈化裝置，通過(guò)過(guò)濾-凈化-檢測(cè)三步達(dá)到空氣凈化的效果。氧化鋁氣凝膠不僅為聚丁二炔提供了豐富的孔隙率和大的比表面積，而且可以作為吸附劑使用，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)和凈化雙功效。如圖6所示，該傳感器可通過(guò)肉眼觀測(cè)復(fù)合材料的變色情況以確定空氣凈化效果。

圖6 PDA/ZnO空氣凈化器示意圖[45]

與傳統(tǒng)氣敏傳感器不同，聚丁二炔基復(fù)合材料由于其良好的成膜性，可通過(guò)溶液澆筑、涂膜等方法在紙張、玻璃等不同基底上形成傳感平臺(tái)，制備成各種薄膜狀的傳感器。為了增加比色傳感膜的美學(xué)性質(zhì)和可應(yīng)用性，Wang 等制備了聚丁二炔/二硫化鉬（MoS）納米復(fù)合薄膜，且進(jìn)一步發(fā)展成為腕帶型便攜氣敏傳感器，如圖7所示。具有納米片狀結(jié)構(gòu)和螯合能力的金屬氧化物半導(dǎo)體為聚丁二炔薄膜提供了支撐作用，提高了薄膜的孔隙率、透明度、力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性，提高了傳感器的靈敏度、選擇性和應(yīng)用潛力。二硫化鉬與含胺氣體有很好的親和力，結(jié)合聚丁二炔的氣敏作用，該復(fù)合材料能選擇性地對(duì)胺類氣體響應(yīng)。相比于其他揮發(fā)性有機(jī)氣體，該裝備在檢測(cè)體積分?jǐn)?shù)為0.01%～4%的二甲基甲酰胺（DMF）時(shí)有最為明顯的顏色變化。

圖7 PDA/MoS2柔性氣敏腕帶設(shè)計(jì)圖[46]

食物腐爛時(shí)會(huì)釋放特殊的氣體，檢測(cè)這些氣體的存在可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)食物的腐敗程度。一些研究者引入生物無(wú)害性的聚合物基底或其他功能材料到聚丁二炔中，在增強(qiáng)聚丁二炔氣敏傳感性能的同時(shí)，拓展了其在食物檢測(cè)中的應(yīng)用。Ardila-Diaz 等制備了聚丁二炔/乙酸纖維素復(fù)合薄膜，薄膜通過(guò)檢測(cè)腐爛食物生成的氣體，實(shí)現(xiàn)了對(duì)食物的監(jiān)控。Nguyen等也制備了一種低成本、高靈敏度的食品腐爛檢測(cè)材料，其原理是該材料能檢測(cè)食物腐爛產(chǎn)生的氨氣。不同溫度下材料的比色值響應(yīng)程度如圖8(a)所示，以殼聚糖為基底，聚丁二炔囊泡復(fù)合纖維素納米晶（CNC）制備的氨氣敏感材料能有效地在零下20℃檢測(cè)肉塊的腐爛情況[圖8(b)]，而在室溫時(shí)，材料對(duì)氨氣的檢測(cè)下限為100mg/L。他們還通過(guò)設(shè)計(jì)薄膜表面的聚丁二炔囊泡濃度，有效地控制材料的響應(yīng)時(shí)間和對(duì)氨氣的敏感性。研究表明，纖維素納米晶的加入有效地改善了復(fù)合材料的力學(xué)性質(zhì)，使其能負(fù)載于食品包裝袋上，還能穩(wěn)定聚丁二炔囊泡的形成，提高氨氣敏感性。由于聚丁二炔帶有羧酸基，所以變色效果是聚丁二炔本身的刺激作用和羧基與氨的作用共同造成的，且CNC 和乙醇不相容的特性使得該復(fù)合材料對(duì)于氨氣有較高的選擇性。隨著對(duì)聚丁二炔研究的不斷深入，各種類型的增強(qiáng)材料正被不斷研究和開發(fā)，聚丁二炔復(fù)合材料的氣敏應(yīng)用領(lǐng)域也不斷拓展。

圖8 傳感器用于檢測(cè)變質(zhì)肉類的效果圖[50]

3 結(jié)語(yǔ)

隨著人們對(duì)氣體安全的重視，聚丁二炔材料憑借著特殊的光學(xué)性能、合成簡(jiǎn)單、應(yīng)用場(chǎng)合廣等優(yōu)點(diǎn)被廣泛研究制備成新型氣體傳感器。聚丁二炔受氣體刺激變色的效果是側(cè)鏈與刺激物相互作用的結(jié)果，各種側(cè)鏈改性后的聚丁二炔在氣敏傳感應(yīng)用中有著不俗的表現(xiàn)。進(jìn)一步研究證明聚丁二炔復(fù)合材料擁有更優(yōu)異的氣體吸附性和選擇性，一些納米材料基底的引入能影響聚丁二炔的聚合形貌從而改變其變色靈敏度，材料的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性也得到了一定的提升。復(fù)合材料有著良好的后續(xù)加工性，可有效地制備成應(yīng)用性更廣的傳感器。

目前，聚丁二炔在氣敏應(yīng)用方面的研究并不深入，未來(lái)新型氣敏材料的開發(fā)還應(yīng)著重考慮以下幾個(gè)方面：聚丁二炔的光學(xué)轉(zhuǎn)變機(jī)理不明確，從根本上影響了材料的研究進(jìn)程，因此必須深入對(duì)光學(xué)轉(zhuǎn)變本征機(jī)理的探究；純聚丁二炔材料能通過(guò)側(cè)基的修飾實(shí)現(xiàn)性能的增強(qiáng)，但是側(cè)基改性的工藝復(fù)雜、得率低，改性后的材料仍然存在穩(wěn)定性差、相容性差等問(wèn)題，要突破材料成本高、性能平庸的瓶頸必須加強(qiáng)對(duì)材料改性的工藝研究；拓寬增強(qiáng)材料的選擇，探究增強(qiáng)材料對(duì)聚丁二炔側(cè)鏈運(yùn)動(dòng)能力的影響，調(diào)控復(fù)合材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)，制備成可設(shè)計(jì)的新型氣敏材料；發(fā)揮比色傳感材料的實(shí)用性，通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)朝更新型、更多樣的氣敏傳感材料發(fā)展。