[发明专利]一种柔性双面全固态离子浓度检测传感器的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种柔性双面全固态离子浓度检测传感器的制备方法，属于电化学传感器制备技术领域。

背景技术

现阶段，各种离子的检测在医学、环保、食品、化工、制药方面有着广泛的应用。例如，土壤中的重金属离子（Zn²⁺、Pb²⁺、Cu²⁺、Hg²⁺）超标后，会对人体产生危害，长期受到重金属离子的影响还会危及生命；此外，像钾离子、钠离子等，是构成人体体液不可缺少的阳离子，这些离子浓度的检测对于医学方面有着重要的意义。

目前常用的离子检测方法主要有分光法、质谱法、电解质分析法等。

前两种方法设备庞大，价格昂贵，并且需要复杂的预处理，以及需要专业的操作人员，这在便携应用方面存在着严重的弊端。

而电解质分析法采用离子选择性电极与参比电极构成电化学电池，通过离子浓度与电位之间的关系，利用能斯特方程推出溶液中的离子浓度。但现商用的离子选择性电极与参比电极内充电解质溶液，这使其在保存、运输方面收到了极大的限制；并且将离子选择性电极与参比电极配对使用操作繁琐复杂，稳定性差，无法很好的提供更高的精准度；此外，现阶段的各种离子选择性电极都是刚性并列结构，无法弯曲，且占用面积大，无法满足便携性的要求。

发明内容

本发明的目的是提出一种柔性双面全固态离子浓度检测传感器的制备方法，使传感器的制备工艺简单，成本低廉，并将离子选择性电极与参比电极集成到正反面的腔体内，以实现传感器的微型化，便于携带。

本发明提出的柔性双面全固态离子浓度检测传感器的制备方法，包括以下步骤：

（1）用柔性材料加工一个两侧具有凹槽的柔性基底；

（2）将导电聚合物PEDOT/PSS与二甲基亚砜按照体积比5:1的比例混合，得到混合液，将混合液滴到柔性衬底的凹槽中，使混合液凝固后充满凹槽，得到电解质层；

（3）将离子载体、亲脂性大分子化合物、增塑剂和非导电高分子聚合物混合，混合的质量百分比为：

将得到的混合物加入到有机溶剂四氢呋喃中，加入的质量百分比为：混合物:有机溶剂四氢呋喃＝1:6，形成粘稠溶液，将粘稠溶液复盖到步骤（1）和步骤（2）形成的柔性基底与电解质层交界处一侧的下方，形成离子选择性膜；

（4）将亲脂性阴离子大分子化合物、亲脂性阴离子大分子化合物、增塑剂和非导电高分子聚合物混合，混合的质量百分比为：

将得到的混合物加入到有机溶剂四氢呋喃中，加入的质量百分比为：混合物:有机溶剂四氢呋喃＝1:6，形成粘稠溶液，将粘稠溶液复盖到步骤（1）和步骤（2）形成的柔性基底与电解质层交界处另一侧的下方，形成参比膜；

（5）在步骤（1）和步骤（2）形成的柔性基底与电解质层交界处两侧的上方分别涂上碳糊，形成电极层；

（6）在步骤（2）形成的柔性基底上的离子选择性膜、参比膜和电极层以外的裸露部分涂覆绝缘涂料，形成绝缘层。

上述制备方法中，所述的柔性材料为聚二甲基硅氧烷、聚氨酯或硅胶中的任何一种。

上述制备方法中，所述的离子载体与被检测离子的种类相对应。

上述制备方法中，所述的亲脂性阴离子大分子化合物为四苯硼钠、四氯苯硼酸钾或四[3,5-二(三氟甲基)苯基]硼酸钾中的任何一种，而亲脂性阳离子大分子化合物为三(十二烷基)甲基氯化铵。

上述制备方法中，所述的增塑剂为癸二酸二丁脂、己二酸二辛脂或癸二酸二仲辛酯中的任何一种。

上述制备方法中，所述的非导电高分子聚合物为聚氯乙烯（PVC）、聚氨酯（PU）或聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）中的任何一种。

本发明提出的柔性双面全固态离子浓度检测传感器的制备方法，其优点是：

1、本发明方法制备的离子浓度检测传感器，可以最大的利用衬底面积，翻倍提高了离子传感器的集成度。

2、本发明方法制备的离子浓度检测传感器，采用全固态结构，彻底改变了传统离子选择性电极与参比电极需要内充电解质溶液的观念，使制备的传感器便于携带、保存和运输。

3、本发明方法制备的离子浓度检测传感器，其中的柔性衬底可以折叠，在一定程度上提高了传感器适应不同环境的能力，而且离子选择性膜和参比膜与衬底有着更好的粘附能力，保证了传感器工作的可靠性。

4、本发明的传感器制备方法，制作过程简单易行，制备成本低廉，制备的传感器稳定性强，对制备工艺要求精度低，适合大批量生产。