[发明专利]氨气传感器及其制备工艺

说明书

本发明公开了氨气传感器，包括气敏材料和基板，所述气敏材料涂覆在所述基板表面，所述气敏材料成分包括具有桥接结构的石墨烯修饰的二氧化钛复合纳米颗粒；所述复合纳米颗粒包括石墨烯和二氧化钛，所述石墨烯桥接在所述二氧化钛之间；所述石墨烯占复合纳米材料的质量分数为0.2％～20％；所述气敏材料涂覆厚度为0.4～0.5μm；所述基板为带有Au电极的Si基板或者Al₂O₃基板。本发明的氨气传感器的气敏材料为具有桥接结构的石墨烯修饰的二氧化钛复合纳米颗粒，该气敏材料表现出对NH₃气体的响应性能更好的选择性、恢复性、稳定性以及较低的工作温度等性能。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及氨气传感器及其制备工艺。

背景技术

现有技术中气敏传感器主要用于一氧化碳气体的检测、瓦斯气体的检测、煤气的检测、氟利昂(R11、R12)的检测、呼气中乙醇的检测、人体口腔口臭的检测等等。它将气体种类及其与浓度有关的信息转换成电信号，根据这些电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中的存在情况有关的信息，从而可以进行检测、监控、报警；还可以通过接口电路与计算机组成自动检测、控制和报警系统。其中，氨气虽以较低浓度存在于大气中，但较低浓度的氨仍对人们的身体健康及环境污染有不良影响，因此如何快速准确测定出氨气的含量，为空气环境的治理提供依据，成为本领域技术人员的一大热点问题。

自从2004年以来，单层二维石墨烯由于其特殊的电荷传输能力以及在热、光和机械等方面的优良性能引起了人们极大的关注，英国曼彻斯特大学的Schedin等最近报道了石墨烯用于先进化学传感器的潜在应用。然而带有表面官能团的石墨烯衍生物如氧化石墨烯(GO)或还原性石墨烯(rGO)，与传统研究的金属氧化物相比，也具有半导体特性，可能更适合于化学传感器的应用。使用还原性石墨烯(rGO)及其复合物的化学传感器开始被大量的研究，比如人们发现还原性石墨烯(rGO)与金属氧化物复合可以有效的改善传感器的气敏特性，主要是因为复合物结合了其组成中不同的有效特性，来改善复合物的机械、化学和电学特性。现在与还原性石墨烯(rGO)复合的金属氧化物主要有SnO₂，ZnO，WO₃等，国内吉林大学Liu Sen等合成的ZnO-rGO复合物对NO₂表现出比单一组成较高的响应，并明显缩短了响应和恢复时间。葡萄牙Aveiro大学的Russo等制备了Pt–SnO₂/rGO纳米结构相对于复合物中单一物质表现出低温下对H₂较好的响应特性。对于氨气传感器来说，美国威斯康星大学的Lu等通过在Ar环境下退火得到的部分还原性石墨烯制成传感器，可以对NO₂和NH₃响应，而对于NH₃的响应不稳定。

因此，制备出一种工艺步骤简单，成本低且对NH₃的选择性高、工作温度易达到、稳定性以及可恢复性强的氨气传感器成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对NH₃的响应值高、稳定性强，可有效、准确、快速的检测氨气含量的氨气传感器，技术方案为：包括气敏材料和基板，所述气敏材料涂覆在所述基板表面，其特征在于，所述气敏材料成分包括具有桥接结构的石墨烯修饰的二氧化钛复合纳米颗粒；所述复合纳米颗粒包括石墨烯和二氧化钛，所述石墨烯桥接在所述二氧化钛之间。

作为优选的技术方案，所述石墨烯占复合纳米材料的质量分数为0.2％～20％。

作为优选的技术方案，所述气敏材料涂覆厚度为0.4～0.5μm。

作为优选的技术方案，所述基板为带有Au电极的Si基板或者Al₂O₃基板。

作为优选的技术方案，所述二氧化钛呈球状，所述二氧化钛的粒径为1μm～5μm。