[发明专利]一种以纳米复合材料为传感膜的氨气传感器

说明书

本发明提供了一种以纳米复合材料为传感膜的氨气传感器，属于气体传感器技术领域。该氨气传感器传感膜为三氧化二铁纳米棒/还原氧化石墨烯复合材料；所述三氧化二铁纳米棒镶嵌在还原氧化石墨烯层状结构表面。三氧化二铁纳米棒/还原氧化石墨烯复合材料制成的膜为敏感元素，将敏感元素涂覆在表面光刻和蒸发有叉指电极的陶瓷基体上，制得电阻型薄膜氨气传感器；本发明的基于三氧化二铁纳米棒/还原氧化石墨烯复合材料的氨气传感器具有高灵敏度、高选择性，且重复性强、稳定性好，大大降低了传感器使用过程中的功耗，提高了传感器使用的便携性，对于本技术领域具有重要的实践和研究价值。

技术领域

本发明属于气体传感器技术领域，具体地涉及一种以纳米复合材料为传感膜的氨气传感器。

背景技术

随着人们生活质量的提高，对工业生产以及生活条件的要求越来越高，人们对气体传感器的需求也越来越大。气体传感器的研发，尤其是有毒有害气体传感器的研究更是得到迅猛发展。氨气是一种工业应用广泛的有毒气体，无色，有刺激性恶臭味，它对动物或人体的上呼吸道有刺激和腐蚀作用，常被吸附在皮肤粘膜和眼结膜上，严重时会危及生命。目前检测氨气的气敏传感器已被广泛运用于市政、消防、燃气、电信、石油、化工、煤炭、电力、制药、冶金、焦化、储运等行业。普遍使用的金属氧化物材料(如氧化钨、氧化锌、氧化锡等)，其工作温度远高于室温(200℃),较高的使用温度会带来较大能耗，致使传感器的长期工作稳定性变差，而且不适宜在存在易爆炸气体的场所使用，使其应用受到一定限制。

近年来，纳米结构碳材料研究十分活跃，从零维的富勒烯发展到一维碳纳米管和二维石墨烯。它们在传感器的制备及性能改进上的研究也受到重视。已有研究发现石墨烯与无机半导体气敏材料复合可明显提高其相应灵敏度，并加快响应，有望实现室温下的高灵敏度气体响应。这方面研究目前已成为传感器研究的重要方向之一，发展非常迅速。

现有的基于石墨烯材料的氨气传感器，采用的传感膜通常为银纳米粒子修饰的还原氧化石墨烯材料或采用各种还原方法制备的还原氧化石墨烯材料，具有灵敏度低、选择性差、响应和回复时间长的缺陷，不能实现在室温下及在多种干扰气体存在的情况下对微量氨气的检测需求。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种氨气传感器，能够排除挥发性有机物的干扰，在室温和高温环境下均具有高选择性和高灵敏度，且具有很好的响应回复性和重复性，能够实现在室温下及在多种干扰气体存在的情况下对微量氨气的检测需求。

本发明的技术方案是：

一种以纳米复合材料为传感膜的氨气传感器，由传感膜、电极对、绝缘基体组成，电极对固定在绝缘基体表面，传感膜覆于电极对和电极对之间的绝缘基体上，电极对上有引线用于传输电信号，所述传感膜为三氧化二铁纳米棒/还原氧化石墨烯复合材料；所述三氧化二铁纳米棒平铺在还原氧化石墨烯层状结构表面。

所述传感膜的厚度为10nm～1000nm。

所述三氧化二铁纳米棒的直径为50nm～500nm，长度100nm～1000nm。

所述三氧化二铁纳米棒/还原氧化石墨烯复合材料中三氧化二铁纳米棒的质量百分含量为50％～98％。

所述传感器的工作温度为0～300℃，优选10～150℃。

工作环境的相对湿度范围为30-80％。

所述氨气传感器的传感膜制备方法，包括以下步骤：

(1)配制浓度为0.01mg/mL～5mg/mL氧化石墨烯水溶液；

(2)于氧化石墨烯水溶液中分别加入六水合氯化铁、氢氧化钠和十六烷基三甲基溴化铵，六水合氯化铁、氧化石墨烯、氢氧化钠和十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1:(0.001～0.1):(0.001～0.8):(0.01～5)；