[发明专利]一种制造聚合物复合气体敏感薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及气体传感器敏感材料技术领域，尤其是涉及一种制造聚合物复合气体敏感薄膜的方法。

 

背景技术

石墨烯材料由于具备特殊能带结构、大比表面积、高载流子迁移率、低噪声响应等优良性能，正成为下一代气体传感器敏感材料的研究热点。但是，本征石墨烯只对二氧化氮（NO₂）、氨气（NH₃）等少数气体有较高的灵敏度，而且选择性差。目前的解决该问题的一些措施是通过如调整器件结构及利用石墨烯的低噪声响应特性等来改善其对多种气体的敏感特性，但效果并不明显，而且制备工艺较为复杂。

最近的一些研究表明，官能团多样化的掺杂石墨烯和具有一定缺陷结构的石墨烯对更多的气体体现出良好的响应特性。氧化石墨烯（graphene oxide，GO）是石墨烯的一种衍生物，它是由氧化石墨剥离而成的单层或多层石墨烯片，其成本低廉并易于大面积成膜，因而其更适宜于低成本传感器。由于GO中的碳层接入了丰富的极性官能团，使得GO对更多的有毒、有害气体体现出良好的响应特性。国外学者研究了单层GO对DMMP（甲基膦酸二甲酯）等有毒有害气体的响应特性，研究结果表明传感器能够实现对敏感气体ppb级别的快速检测，但未对传感器的选择性进行进一步研究。另外，GO可以通过多种方法进行还原来获得还原氧化石墨烯（RGO），有报道表明GO在还原过程中能够体现出气敏性能可调制这一特殊性能。如国外学者研究了热还原对获得的RGO气敏特性的影响，研究结果表明随热处理温度的变化，RGO对NH₃体现出不同的敏感特性，推测这是由于不同还原程度导致GO表面有效气体吸附点的变化，最终影响了传感器的灵敏度。因此，以GO为基体材料可以构建气敏性能可调制的敏感单元，通过结构的变化实现对不同气体的高灵敏度响应。

但是，由于GO中有效气体吸附点的不稳定性，导致气体敏感选择性较差，尤其难以实现复杂环境中低浓度气体的快速检测。目前，通过复合其它材料来改善GO的气敏选择性已有报道，而导电聚合物由于更易于与GO材料复合并能实现室温探测而成为研究的热点。但如何实现GO与导电聚合物的良好复合，并能够提供导电聚合物纳米结构仍然是获得高性能复合敏感薄膜函待解决的问题。

 

发明内容

本发明的目的之一是提供一种制造聚合物复合气体敏感薄膜的方法，其中该方法制造的聚合物复合气体敏感薄膜基于导电聚合物、氧化石墨烯量子点和原子层金属氧化物的复合材料，通过三者之间的良好协同作用，充分发挥各组份的优点，从而具有良好的气体敏感性。

本发明公开的技术方案包括：

提供了一种制造聚合物复合气体敏感薄膜的方法，其特征在于，包括：将氧化石墨烯量子点和氧化剂溶于第一有机溶剂中，获得氧化石墨烯量子点/氧化剂分散液；将导电聚合物单体溶于第二有机溶剂溶液中，获得导电聚合物单体分散液；将所述氧化石墨烯量子点/氧化剂分散液和所述导电聚合物单体分散液混合使所述导电聚合物单体发生聚合反应，获得氧化石墨烯量子点/导电聚合物分散液；将所述氧化石墨烯量子点/导电聚合物分散液的至少一部分铺展于LB膜槽中的混合溶剂表面，形成氧化石墨烯量子点/导电聚合物复合薄膜；将所述氧化石墨烯量子点/导电聚合物复合薄膜的至少一部分转移至基片表面；将形成了所述氧化石墨烯量子点/导电聚合物复合薄膜的所述基片置于高温水汽气氛中进行热处理，获得多孔氧化石墨烯量子点/导电聚合物复合薄膜；在所述多孔氧化石墨烯量子点/导电聚合物复合薄膜上沉积金属氧化物层，获得多孔氧化石墨烯量子点/导电聚合物/金属氧化物复合薄膜。

本发明的一个实施例中，所述第一溶剂为超纯水和甲醇的混合溶液。

本发明的一个实施例中，第二有机溶剂为正丁醇、异丙醇和丙酮中的一种或多种形成的混合溶剂。

本发明的一个实施例中，所述的导电聚合物单体为噻吩和/或3,4-乙烯二氧噻吩。

本发明的一个实施例中，所述的氧化剂为三氯化铁或者甲基苯磺酸铁。

本发明的一个实施例中，所述混合溶剂为超纯水与正丁醇、甲醇和异丙醇中的一种形成的混合溶液。

本发明的一个实施例中，所述高温水汽气氛的温度为200摄氏度至220摄氏度，蒸汽压力为0.11至0.15兆帕（MPa）。

本发明的一个实施例中，在所述高温水汽气氛中的热处理的时间为30分钟至40分钟。

本发明的一个实施例中，所述金属氧化物为氧化钛或者氧化锌。

本发明的一个实施例中，所述基片为硅/二氧化硅/金平面电极结构。