[发明专利]基于天然色敏材料和TiO2多孔膜的气体传感器制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种气体传感器的制作方法；特指用溶胶凝胶二氧化钛（TiO₂）成膜法制作基地材料、用天然色素作为色敏材料敏感和激化材料的气体传感器的制作方法。

背景技术

气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器，主要分为传统型和可视化型，传统型如导电型传感器、压电类传感器、场效应传感器、光纤传感器等。近年来出现的可视化型气体传感器技术是根据特定气敏材料与待检测气体反应前后的颜色变化对待测气体进行定性定量分析的一种技术，气敏材料一般为卟啉类化合物和疏水性的pH指示剂（参见中国专利号为ZL200710024695.7、名称为“色敏气体传感器阵列的制作方法”；中国专利号为200710024696.1、名称为“两种不同气体传感器阵列组合检测气味的方法和装置”）。这类气敏材料显色快，变化明显，但是也具有局限性，如其成本高，所含有的化学成分对人体有害，不适合用于食品的检测等。同一类气体传感器只对某一类型的气体敏感，因而现有的气体传感器存在检测范围窄、容易受环境湿度的影响等缺陷。

天然色敏材料的成分大多是花青素，花青素又称花色素，是自然界一类广泛存在于植物中的水溶性天然色素，是植物花瓣中的主要呈色物质，水果、蔬菜、花卉等五彩缤纷的颜色大部分与之有关，在植物细胞液泡不同的酸碱条件下，使花瓣呈现五彩缤纷的颜色。

TiO₂多孔膜是一种理想的气体传感器材料。溶胶凝胶法是一种常用的制备TiO₂多孔膜的方法，其原理为：不论所用的前驱物(起始原料)为无机盐或金属醇盐，其主要反应步骤都是前驱物溶于溶剂(水或有机溶剂)中形成均匀的溶液，溶质与溶剂产生水解或醇解反应，反应生成物聚集成1nm左右的粒子并组成溶胶，溶胶经蒸发干燥转变为凝胶。近年来，研究者通过在TiO₂多孔膜中添加贵重金属来提高气体传感器的敏感性，但这类传感器通常需要在高温（200℃~400℃）下才能工作。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有传感器的缺陷而提出一种新型的基于天然色敏材料和TiO2多孔膜相结合的气体传感器的制作方法，所制作的气体传感器在室温下就能工作，并且检测范围宽、成本低、对人体无害、不容易受环境湿度的影响。  

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是包括如下步骤：（1）选择适合于镀膜的基片，在基片上通过镀膜方法制作电极，对镀有电极的基片用溶胶凝胶法制备TiO₂多孔膜；（2）针对所需检测的气体选择合适的天然色敏材料并将天然色敏材料溶解到与之相容的溶剂中，形成浓度为0.1~0.5mol/L的天然色敏材料溶液；（3）将TiO₂多孔膜放入天然色敏材料溶液中浸泡12~48小时后取出，用无水乙醇将杂质冲洗干净，晾干后在30~80℃烘箱中烘1~5h即可。

进一步地，本发明对镀有电极的基片用溶胶凝胶法制备TiO₂多孔膜的方法是：先称取1~5g TiO₂粉末溶于2~10mL、90%~100%乙酸溶液和0.05~0.5mL、90%~100%乙酰丙酮溶液中，在研钵中研磨10~40min，再将溶有0.05~0.5mL、90%~100% OP乳化剂的0.5~5mL、90%~100%酒精缓慢加入研钵中，继续研磨10~40min，制成TiO₂胶，最后将镀有电极的基片放入10~40%的丙酮溶液中浸泡12~48h后烘干，并将TiO₂胶均匀涂抹在基片上，自然风干10~40min后放入300~500℃的马弗炉中烧结1h~3h，冷却后制成TiO₂多孔膜。

本发明的有益效果：本发明使用TiO₂多孔膜作为基底材料，使用天然色敏材料作为颜色变化和激化材料制作气体传感器，通过传感器电阻的变化和色敏材料颜色的变化定性定量地分析气体，所制作的气体传感器与其他的气体传感器相比有较高的灵敏度和较宽的检测范围，并可在室温下工作，能检测出人嗅觉不能感知的气体浓度。使用天然色素作为色敏材料，安全无毒害，色素分子包裹了TiO₂分子的同时填充了TiO₂晶体之间的间隙，使得本发明受到环境湿度的影响较小。

附图说明

图1为镀有电极的基片示意图； 

图2为涂有TiO₂多孔膜的传感器示意图；

图3为涂有TiO₂多孔膜色素的传感器示意图；