Repozytorium publikacji - Politechnika Gdańska

W pracy przedstawiono aktualny stan wiedzy obejmujący podstawy teoretyczne mechanizmu działania amperometrycznych czujników gazowych zanieczyszczeń atmosfery z ciekłym elektrolitem. Opisano większość opublikowanych dotąd rozwiązań konstrukcyjnych takich czujników wraz z ich właściwościami metrologicznymi. Zamieszczono dane dotyczące materiałów elektrodowych stosowanych w czujnikach z elektrodami metalowymi oraz z elektrodami gazodyfuzyjnymi, w tym wykorzystujących elektrody membranowe wykonane ze stałych elektrolitów polimerowych. Uwzględniono także czujniki wypełnione roztworami elektrolitów zawierających rozpuszczalniki inne niż woda.Opisane w pracy zagadnienia teoretyczne związane z elektrycznymi czujnikami wilgotności dotyczyły czujników pojemnościowych i rezystancyjnych, których warstwą czułą są materiały polimerowe. Dużo miejsca poświęcono próbom wyjaśnienia mechanizmu sorpcji wody przez tego rodzaju materiały (zawierające ugrupowania hydrofilowe głównie w postaci trzecio- i czwartorzędowych atomów azotu) oraz mechanizmu powstawania sygnału czujnika. Przedstawiono opublikowane dane dotyczące rezystancyjnych czujników z polimerowymi elektrolitami, a w szczególności sposobów wytwarzania warstw polimerowych elektrolitów o określonym składzie, który pozwala na uzyskanie wysokiej jakości sygnału czujnika a jednocześnie gwarantuje, że otrzymana warstwa polimerowa nie ulegnie degradacji wskutek oddziaływania z parą wodną zawartą w powietrzu. Dokonano także przeglądu doniesień dotyczących wielkości energii aktywacji związanej z przewodzeniem wywołanym sorpcją wody przez zastosowanie w czujnikach wilgotności polimerowych elektrolitów. Przedstawiono również, dokonując krótkiej oceny w oparciu o własne konstrukcje czujników, procedury pomiarowe związane z zastosowaniem spektroskopii impedancyjnej w badaniach właściwości polimerowych, rezystancyjnych czujników wilgotności.Na podstawie prac własnych przedstawiono wyniki badań kilku wykonanych prototypów amperometrycznych czujników ditlenku siarki o coraz to doskonalszej konstrukcji. Kolejno zaprezentowano:trójelektrodowy czujnik z metalowymi elektrodami, który wypełniony roztworem elektrolitu zawierającym DMSO charakteryzował się znacznie wyższą czułością i selektywnością względem siarkowodoru w porównaniu z identycznym prototypem czujnika wypełnionym roztworem wodnym; wpływ rodzaju zastosowanej membranowej elektrody gazodyfuzyjnej i roztworu elektrolitu wewnętrznego (w tym zawierającego DMSO) na czułość i selektywność pierwszego prototypu czujnika o budowie "sandwiczowej"; wpływ składu roztworu elektrolitu (DMSO), natężenia przepływu matrycy gazowej oraz rodzaju metalu zastosowanego do spreparowania membranowej, gazodyfuzyjnej elektrody typu SPE na wartość sygnału kolejnego prototypu czujnika, jego czułość i selektywność oraz właściwości dynamiczne; niektóre cechy konstrukcyjne ostatniego prototypu czujnika z membranową elektrodą SPE wraz z wpływem na jego właściwości metrologiczne składu roztworu elektrolitu oraz rodzaju metalu elektrody WE.Dokonano także porównania opisanych parametrów (czułość), kolejnych prototypów z parametrami laboratoryjnych, amperometrycznych czujników ditlenku siarki dostępnych w doniesieniach literaturowych.Zaproponowano polietylenoiminę jako materiał czuły na oddziaływanie pary wodnej w czujnikach wilgotności. Przedstawiono zastosowane chemiczne metody modyfikacji PEI, pozwalające na uzyskanie względnie trwałych i odpornych na oddziaływanie ciekłej wody warstw polimerowych: sieciowanie przy pomocy dichlorowcoalkanów lub dichlorowcoeterów, oraz sieciowanie przy pomocy związków glicydylowych. Sprawdzono zastosowanie innych modyfikacji chemicznych, pozwalających na zwiększenie ilości hydrofilowych grup NR4+ w ostatecznie wytworzonym polimerze. Zbadano wpływ zaproponowanych przez siebie modyfikacji PEI na zdolność do pochłaniania pary wodnej przez filmy polimerowe z niej sporządzone oraz na właściwości elektryczne, czułość i trwałość wykonanych przez siebie czujników wilgotności. Wyznaczone wartości energii aktywacji związanej z przewodzeniem uzyskanych materiałów skorelowano z doniesieniami literaturowymi. Przedstawiono wstępne sugestie dotyczące technologii otrzymywania czujników wilgotności z PEI.

Autorzy

• dr hab. inż. Bogdan Chachulski link otwiera się w nowej karcie