[发明专利]聚苯胺纳米线修饰的QCM气体传感器及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种聚苯胺纳米线修饰的QCM气体传感器及其制备方法与应用，该气体传感器在石英晶体微天平的电极表面修饰有直径为80~120 nm、长度为500~1000 nm的纳米线状结构聚苯胺薄膜。气体敏感膜为通过电化学聚合法生成。该气体传感器在室温下具有良好的灵敏度、回复性和重复性，选择性良好，且制备方法简单、易操作，可广泛应用于室温下气体的痕量级检测。

技术领域

本发明属于气体传感器技术领域，涉及一种可在室温下检测气体的、基于聚苯胺纳米线修饰的石英晶体微天平气体传感器及其制备方法与应用。

背景技术

随着对气体检测需求的不断增长，气体传感器在工业、医疗、安全、食品检测等领域得到了越来越广泛的应用。目前气体传感器所用的敏感材料主要包括无机金属氧化物半导体材料和有机导电聚合物材料两种，其中最常用的是金属氧化物半导体材料，该类材料工作温度较高，在室温下对气体的灵敏度较低，选择性较差。而有机导电高分子材料如聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等可以在室温下使用，具有良好的导电性，且制备方法简单，性能可靠，在气敏传感器领域有着较多的应用。

石英晶体微天平（QCM）是一种质量敏感型器件，在其电极表面修饰具有气敏特性的敏感材料薄膜即可制成气敏传感器，具有灵敏度高、结构简单、可在室温下工作等优点。石英晶体微天平的工作原理是基于石英晶体的压电效应：当石英晶体受到一定方向上力的作用发生机械形变时，产生电场；反之，若给晶体施加一个电场，会产生机械形变；当给晶体施加交变电场时，则会产生机械振动，发生谐振。Sauerbrey方程阐明了当石英晶体微天平表面附加刚性薄膜时，石英晶体的谐振频率变化与其表面附加质量呈线性关系。基于此原理，在石英晶体电极表面修饰敏感薄膜，通过检测石英晶体谐振频率的变化，即可进行气体的检测。

现有技术中，聚吡咯/二氧化钛频率型薄膜QCM气敏传感器及其制备方法（CN104677767A），公开了一种采用静电层层自组装技术制备的聚吡咯/二氧化钛修饰的QCM气敏传感器，对氨气和三甲胺气体有良好的响应特性。检测 HCN 气体的石英晶体微天平传感器及其制法和应用（CN101988882A），公开了一种纳米棒状氧化铜修饰的石英晶体微天平气体传感器，采用滴涂法将敏感材料修饰在石英晶体电极表面，对氰化氢气体具有良好的灵敏度和选择性，但存在着薄膜厚度难以控制，薄膜与电极表面结合不牢固，制备元件一致性差等问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种聚苯胺纳米线修饰的QCM气体传感器及其制备方法与应用。

一种聚苯胺纳米线修饰的QCM气体传感器，在石英晶体微天平的电极表面修饰有直径为80 ~120 nm、长度为500 ~1000 nm的纳米线状结构聚苯胺薄膜。

步骤如下：

1）取2 ~ 10 mL苯胺单体溶于60 ~ 90毫升水中，搅拌形成均一苯胺溶液；

2）取1 ~ 5 mL高氯酸，溶于15 ~ 30 mL毫升水中，搅拌形成均一高氯酸溶液；

3）将步骤1）、2）所得溶液等体积混合，搅拌均匀得到30 ~50 mL混合溶液；

4）向步骤3）得到的混合溶液中加入0.005 ~ 0.05g羟乙基纤维素；

5） 将石英晶片浸入体积比1:3的质量分数98%浓硫酸与质量分数30%过氧化氢混合溶液中，两分钟后取出，冲洗干净，在氮气中吹干得到处理后的石英晶体微天平；