[发明专利]一种苯胺气体传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种苯胺气体传感器及其制备方法。

背景技术

苯胺是毒性最大的一种有机胺，它会导致高铁血红蛋白血症、溶血性贫血和肝、肾损等。另一方面，苯胺是很多有机物的合成前体，广泛用于实验室和工业领域。因此快速、准确的检测环境中的苯胺气体非常重要。苯胺气体传感器主要有固体荧光探针(SFR)、比色法(CSA)、石英晶体微天平(QCM)传感器等。这些方法主要是通过设计、合成含有选择性吸附位点的受体分子，选择性吸附苯胺分子，然后通过某种特定信号输出，比如发射光谱的变化(SFR)、颜色变化(CSA)、共振频率改变(QCM)等来指示苯胺的浓度。Bang-Ping Jiang等(Jiang B.-P.；Guo D.-S.；Liu Y.Reversible and Selective Sensing of Aniline Vapor by Perylene-Bridged Bis(cyclodextrins)Assembly.J.Org.Chem，2011，76，6101-6107)报道了一种固态荧光法苯胺气体传感器，基于QCM和CSA的苯胺气体传感器也有相关报道(Tang Z.；Yang J.；Yu J.；Cui B.A Colorimetric Sensor for Qualitative Discrimination and Quantitative Detection of Volatile Amines.Sensors，2010，70，6463-6476；Xing W.L.；He X.W.Crown ether-coated piezoelectric crystal sensor array for detection of organic vapor mixtures using several chemometric methods.Analyst，1997，122，587-591)。总的来说，苯胺气体传感器的报道还比较少，而且已报道的苯胺气体传感器的选择性都不高，易被其他有机胺类干扰，主要原因是缺乏一种含有高选择性吸附位点的传感材料。据我们所知，目前还没有关于半导体材料的苯胺气体传感器的报道，因此继续发展苯胺气体传感器，尤其是基于半导体材料的苯胺气体传感器，非常重要。

无机-有机杂化半导体材料在纳米或者分子水平上实现了无机材料和有机材料的杂化，由于不同组分之间的协同作用、界面效应等，常常会显现出一些独特的性质，是近年来物理、化学、材料等交叉领域新的研究热点。无机-有机杂化半导体材料在光探测器、发光二极管、太阳能电池方面的应用已经被广泛研究。另外，无机-有机杂化材料由于高界面活性以及优良的电学性质，当它吸附被检测物后，其电学性能会产生变化，因此还可以被用来设计高效的气体传感器。

发明内容

本发明的目的是提供一种苯胺气体传感器及其制备方法。

本发明所提供的苯胺气体传感器是由一种新型的无机-有机杂化ZnS/PTCDA核-壳纳米粒子构成的纳米薄膜半导体器件，其组成包括：绝缘衬底、设于所述绝缘衬底上的纳米材料层以及沉积于所述纳米材料层上的一对金属电极；其中，所述纳米材料层由核-壳结构的ZnS/PTCDA纳米粒子组成。

所述核-壳结构的ZnS/PTCDA纳米粒子的直径为10～20nm，其中ZnS为核，PTCDA为壳，PTCDA(苝四甲酸二酐)外壳的厚度为2～5nm。所述纳米材料层的厚度可为50～200nm。

所述绝缘衬底可由二氧化硅、玻璃、石英等材料组成。

所述金属电极可以是Au、Pt、Al或Ag等金属，通过真空蒸镀方法制备。所述金属电极的厚度为30±2nm，所述一对金属电极中两个金属电极之间的距离为0.5±0.1cm。

此外，本发明的苯胺气体传感器还可包括两根焊接在所述金属电极上的金属导线，用于连接到半导体器件检测电路。

制备ZnS/PTCDA气体传感器，主要通过制备一种新型的无机-有机杂化ZnS/PTCDA核-壳纳米粒子，然后在二氧化硅、玻璃、石英等绝缘衬底基片上旋涂制备成薄膜材料，并蒸镀金属薄膜电极，得到ZnS/PTCDA气体传感器。

详细的制备方法，包括下述步骤：

1)制备核-壳结构的ZnS/PTCDA纳米粒子；

所述核-壳结构的ZnS/PTCDA纳米粒子的制备方法包括下述步骤：

a)将PTCDA(苝四甲酸二酐)和氢氧化钾在超声条件下进行水解反应，反应完全得到红绿色澄清液，过滤除去反应残渣，然后加入丙酮，使PK(苝四羧酸钾)黄色沉淀析出，过滤，烘干，得到黄色PK固体粉末；