湿度敏感型树枝化聚合物的设计、合成及应用

湿敏材料是湿度传感器的核心，商品化电阻型高分子湿度传感器存在的最大问题是高湿稳定性差，其中一个重要原因是所用线型湿敏聚合物的缠结使得链上敏感基团活性降低，在高湿条件下对水分子的吸附易达到饱和，导致测量精度下降。申请人提出发展具有湿度敏感特性的树枝化聚合物材料应用于湿度传感器，利用树枝状结构在空间上的堆积减小聚合物分子链的聚集；将亲水性基团集中修饰在树枝状结构的外围，增强其与水分子之间的相互作用，提高检测精度。本项目将结合湿度传感器的需求，设计新型的湿敏树枝化聚合物，研究敏感基团的微环境与材料湿敏特性之间的关系，探讨树枝化聚合物薄膜在不同湿度环境中的导电机制和载流子传输机制，建立提高高湿条件下的测量精度和稳定性的方法，为实现具有实用价值的高性能湿度传感器提供科学依据。

聚合物湿度传感器面临的主要问题是在高湿下容易发生敏感材料的流失。本项目针对作为湿度传感器核心的敏感材料首次提出利用多孔交联聚合物来提高湿度传感器的稳定性，利用不同合成方法制备了一系列具有良好湿敏特性和稳定性的聚合物材料。开拓了一类利用付克烷基化反应或自由基聚合直接制备具有亲水特性的多孔交联聚合物的方法，以及一类通过交联反应制备多孔聚合物骨架，并在聚合物孔道中担载湿度活性物质构筑复合感湿材料的方法。获得了一系列具有确定化学结构和稳定物理化学性质的湿敏聚合物，制备了一批具有优良湿敏特性和高湿稳定性的湿度元件，系统研究了不同类型聚合物湿敏元件的传感特性、敏感材料结构与湿敏性能之间的关系以及不同湿度下的传感机理等，并整理、发表了一系列学术论文。