[发明专利]聚苯胺/二氧化钛纳米复合阻抗型薄膜气体传感器及其制备方法

权利要求书

1.一种聚苯胺/二氧化钛纳米复合阻抗型薄膜气体传感器，包括依次设置的陶瓷基体(1)、叉指金电极(2)和气敏薄膜(3)，在所述的叉指金电极上连接有引线(4)，其特征在于：在所述的陶瓷基体表面沉积有叉指金电极(2)，在所述陶瓷基体(1)和叉指金电极(2)表面沉积有气敏薄膜(3)，所述的气敏薄膜(3)由聚苯胺/二氧化钛层层静电自组装复合薄膜(5)及其上覆盖的聚苯胺层(6)组成。

2.根据权利要求1所述的聚苯胺/二氧化钛纳米复合阻抗型薄膜气体传感器，其特征在于：所述的陶瓷基体表面沉积的叉指金电极(2)为5～16对，叉指金电极(2)的叉指宽度为20～200μm，叉指间隙为20～200μm。

3.根据权利要求1所述的一种聚苯胺/二氧化钛纳米复合阻抗型薄膜气体传感器，其特征在于：所述的气敏薄膜(3)的厚度为100～600 nm。

4.根据权利要求1所述的一种聚苯胺/二氧化钛纳米复合阻抗型薄膜气体传感器，其特征在于：所述的聚苯胺/二氧化钛层层静电自组装复合薄膜(5)是通过层层静电自组装二氧化钛纳米粒子和聚苯乙烯磺酸掺杂的聚苯胺而制得的。

5.根据权利要求1所述的一种聚苯胺/二氧化钛纳米复合阻抗型薄膜气体传感器，其特征在于：所述的聚苯胺层(6)是聚苯乙烯磺酸掺杂的聚苯胺。

6.一种聚苯胺/二氧化钛纳米复合阻抗型薄膜气体传感器的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1) 在陶瓷基体(1)表面通过蒸发或光刻的方法沉积叉指金电极(2)，制得具有叉指金电极的陶瓷基体(1)；

2) 处理具有叉指金电极的陶瓷基体(1)，制得修饰过的具有叉指金电极的陶瓷基体(1)；

3) 在修饰过的具有叉指金电极的陶瓷基体(1)上沉积聚苯胺/二氧化钛层层静电自组装复合薄膜(5)；

4) 在聚苯胺/二氧化钛层层静电自组装复合薄膜(5)上沉积聚苯胺层(6)，制得聚苯胺/二氧化钛纳米复合阻抗型薄膜气体传感器。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于所述的步骤2)包括如下步骤：

①用Piranha溶液浸泡具有叉指金电极的陶瓷基体(1)20~40分钟，用去离子水淋洗1～2分钟并用氮气或者氩气吹干； 

②然后将吹干的陶瓷基体(1)浸入浓度为1～3%wt的聚二甲基二烯丙基氯化铵水溶液中5～10分钟，取出用去离子水淋洗1～2分钟并用氮气或氩气吹干；

③将步骤②吹干的陶瓷基体(1)浸入浓度为1～3%wt的聚苯乙烯磺酸钠中5～10分钟，取出用去离子水淋洗1～2分钟并用氮气或氩气吹干；

④依次重复步骤②和步骤③2～5次，得到修饰过的具有叉指金电极的陶瓷基体(1)。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于所述的步骤3)包括如下步骤：

①将聚苯乙烯磺酸放入水中配成溶液，然后加入苯胺单体，搅拌均匀后，再加入过硫酸铵，搅拌均匀后停止搅拌，反应物在冰水浴中反应3~8小时，制得聚苯乙烯磺酸掺杂的聚苯胺，所述的聚苯乙烯磺酸与苯胺单体的摩尔比为1:1，过硫酸铵与苯胺单体的摩尔比为1:1；

②将修饰过的具有叉指金电极的陶瓷基体(1)浸入浓度为1～3 mg/mL的二氧化钛纳米粒子水溶液5～10 分钟，取出用pH值为1.5的酸淋洗1～2 分钟并用氮气或氩气吹干，所述的酸为盐酸、硫酸或硝酸；

③然后将吹干的陶瓷基体(1)浸入浓度为1～3 mg/mL聚苯乙烯磺酸掺杂的聚苯胺水溶液5～10 分钟，取出用pH值为1.5的酸淋洗1～2 分钟并用氮气或氩气吹干，所述的酸为盐酸、硫酸或硝酸；

④依次重复步骤②和步骤③5～40次，得到沉积有聚苯胺/二氧化钛层层静电自组装复合薄膜(5)的陶瓷基体(1)。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于所述的步骤4)包括如下步骤：

①将沉积有聚苯胺/二氧化钛层层静电自组装复合薄膜(5)的陶瓷基体(1)浸入浓度为1～3 mg/mL的聚苯乙烯磺酸掺杂的聚苯胺水溶液5～10 分钟；

②取出用氮气或氩气吹干，在聚苯胺/二氧化钛层层静电自组装复合薄膜(5)上沉积聚苯胺层(6)，制得聚苯胺/二氧化钛纳米复合阻抗型薄膜气体传感器。

10.根据权利要求6至9任一项所述的制备方法，所述的叉指金电极为5～16对，叉指金电极的叉指宽度为20～200μm，叉指间隙为20～200μm。