[发明专利]质子酸掺杂聚苯胺材料和室温氨气传感器及其制备方法

说明书

本发明提供了一种质子酸掺杂聚苯胺的制备方法，其包括以下步骤：室温下将苯胺与质子酸混合得到预混溶液，向所述预混溶液中加入模板剂先进行超声混合再进行冰水浴处理，得到超声分散溶液，向所述超声分散溶液中滴入氧化剂并静置反应20h～30h，制得质子酸掺杂聚苯胺材料；所述质子酸为草酸、盐酸、硫酸、柠檬酸、樟脑磺酸或苯甲酸；所述苯胺、所述质子酸、所述模板剂和所述氧化剂的摩尔比为1：（2～3）：（2～3）：（5～10）。本发明还提供一种质子酸掺杂聚苯胺材料和室温氨气传感器，该室温氨气传感器在室温条件下对氨气具有较好的敏感性和选择性、较低的功耗以及更加简单的加工工艺。

技术领域

本发明属于氨气传感器领域，具体地，涉及了一种质子酸掺杂聚苯胺材料和室温氨气传感器及其制备方法。

背景技术

氨气是一种无色而具有强烈刺激性臭味的气体。在工业和医药领域有很广泛的用途。然而氨气具有腐蚀性，它对接触的组织都有腐蚀和刺激作用使组织蛋白变性，并使组织脂肪皂化，破坏细胞膜的溶解度极高。所以主要对人体的上呼吸道有刺激和腐蚀作用，减弱人体对疾病的抵抗力。此外，氨气还可通过三叉神经末梢的反射作用而引起心脏停搏和呼吸停止。氨气的检测主要用于化工厂、冷库以及智能公厕和养殖业等等。目前对氨气这种有毒气体的测试采用传统无机半导体技术和电化学传感技术。

然而传统的无机半导体传感器一般工作温度要求在300℃～400℃，功耗较大，且由于在高温条件下工作衬底一般采用陶瓷衬底，在传感器的加工组装过程中工艺复杂，难度较大，导致成本较高。而电化学传感器的造价较高，给氨气的广泛测试应用带来一定的困难。

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

由鉴于此，本发明确有必要提供一种质子酸掺杂聚苯胺材料和室温氨气传感器及其制备方法，以解决上述问题。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：一种质子酸掺杂聚苯胺材料的制备方法，其包括以下步骤：

室温下将苯胺与质子酸混合得到预混溶液，向所述预混溶液中加入模板剂先进行超声混合再进行冰水浴处理，得到超声分散溶液，向所述超声分散溶液中滴入氧化剂并静置反应20h～30h，制得质子酸掺杂聚苯胺材料；

其中，所述质子酸为草酸、盐酸、硫酸、柠檬酸、樟脑磺酸或苯甲酸；所述模板剂为壳聚糖、聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、D-葡萄糖或十二氨基苯磺酸钠；所述苯胺、所述质子酸、所述模板剂和所述氧化剂的摩尔比为1：（2～3）：（2～3）：（5～10）。

基于上述，所述氧化剂为双氧水或过硫酸铵。

基于上述，所述的质子酸掺杂聚苯胺材料的制备方法还包括以下步骤：

分别采用去离子水和乙醇对所述质子酸掺杂聚苯胺材料进行离心清洗处理，制得聚苯胺墨水；然后向所述聚苯胺墨水中加入成膜剂，制得喷涂混合液，最后将所述喷涂混合液喷涂到衬底的表面，经干燥处理后在所述衬底的表面制得质子酸掺杂聚苯胺薄膜；

其中，所述成膜剂为蛋白成膜剂、丙烯酸树脂成膜剂、丁二烯树脂成膜剂、聚氨酯成膜剂或硝酸纤维成膜剂；所述聚苯胺墨水与所述成膜剂的体积比为（1～4）：1。

基于上述，所述衬底为陶瓷层、聚乙烯层、聚对苯二甲酸乙二酯层、纸张层或聚氯乙烯薄膜层。

本发明还提供一种质子酸掺杂聚苯胺材料，所述质子酸掺杂聚苯胺材料是由上述质子酸掺杂聚苯胺材料的制备方法制得的。

本发明还提供一种室温氨气传感器的制备方法，其包括以下步骤：