[发明专利]基于方酸菁聚合物的氨气/一氧化氮双组份传感器及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了基于方酸菁聚合物的氨气/一氧化氮双组份传感器及其制备方法和应用，对传感器制备方式条件进行了优化；本发明基于含偶氮官能团的方酸菁聚合物的氨气/一氧化氮双组份传感器包括叉指电极以及覆于叉指电极上的镀膜材料；镀膜材料为含偶氮官能团的方酸菁聚合物，显示出对氨气与一氧化氮的优异的传感选择性；同时其最低检测限低至1 ppb，响应/回复时间为82s/185s。本发明还测试了器件对一氧化氮的传感性能，其最低检测线可达到40 ppb，响应/回复时间112s/921s。

技术领域

本发明属于有机半导体器件技术领域，具体涉及基于方酸菁聚合物的氨气/一氧化氮双组份传感器及其制备方法和应用。

背景技术

氨气对接触的皮肤组织都有腐蚀和刺激作用，可以吸收皮肤组织中的水分，使组织蛋白变性，并使组织脂肪造化，破坏细胞膜结构。氨的溶解度高，所以主要对动物或人体的上呼吸道有刺激和 腐蚀作用，常被吸附在皮肤黏膜和眼结膜上从而产生刺激和炎症。可麻痹呼吸道纤毛和损害黏膜上组织，使病原微生物易于侵入，减少人体对疾病的抵抗力。氨通常以气体形式吸入人体，氨气被吸入肺后容易通过肺泡进入血液，与和血红蛋白结合，破坏运氧功能。因此氨气是一种高毒性高污染的气体。氨气是一种工业中广泛使用的气体，无论是冷藏，钢铁生产还是饲料肥料的生产，工业的各个方面都要用到氨气；因此随着全球工业生产的增长，氨气的使用量呈逐年递增的趋势，但是由于检测氨气的高毒性，高污染性使得检测氨气的泄露的应用产品被广泛的需求。而一氧化氮不稳定容易与氧结合形成酸性气体二氧化氮，是造成酸雨的主要气体之一。一氧化氮浓度高可致高铁血红蛋白症，还有一定的慢性危害：主要表现为神经衰弱综合征及慢性呼吸道炎症；个别病例出现肺纤维化，可引起牙齿酸蚀症。

方酸菁作为一种新型的有机材料，具有近红外吸收、高的吸光摩尔系数、光稳定性强、带隙能小、结构可调性、合成简单等优势。近年来在太阳能电池领域显现出优异的性能。本发明人前期报道方酸菁衍生物小分子和聚合物能用于氨气和湿度的检测，但在设计双组份气体传感领域未见方酸菁衍生物的报道，同时对氨气的检测限只能达到40 ppb，有进一步提升的空间。

发明内容

针对上述情况，本发明采用一种在叉指电极表面设置方酸菁聚合物来制备氨气/一氧化氮双组份传感器，并且通过在不同浓度的氨气（一氧化氮）观察传感器的电流变化来检测不同浓度氨气（一氧化氮）。本发明的氨气/一氧化氮双组份传感器在对氨气的检测限能达到1ppb，对一样化氮的检测限也能达到40 ppb；并且传感器制作方便，价格低廉，稳定性好。

本发明公开了一种基于方酸菁聚合物的氨气/一氧化氮双组份传感器，包括叉指电极以及覆于叉指电极上的镀膜材料；所述镀膜材料为方酸菁聚合物；所述方酸聚合物的化学结构式如下：

其中，n为20~50。

本发明的基于的方酸菁聚合物的氨气/一氧化氮双组份传感器包括叉指电极和镀膜材料，还包括基板等；所述镀膜材料为上述方酸菁聚合物，其被刷涂在所述叉指电极上，并且其厚度为100~400μm。

优选的，在上述基于的氨气/一氧化氮双组份传感器中，所述叉指电极以厚度为1~2 mm的氧化铝（Al₂O₃）为基底，其上设置有厚度为100nm的银-钯（Ag-Pd）合金电极。

优选的，在上述基于氨气/一氧化氮双组份传感器中，所述叉指电极的叉指宽度为100，叉指间距为60 μm

本发明还公开了上述基于方酸菁聚合物的氨气/一氧化氮双组份传感器的制备方法，包括如下步骤，，将方酸菁聚合物溶液刷涂在叉指电极上，于室温下放置，清除溶剂后，于50~80℃干燥0.5~2小时，得到基于方酸菁聚合物的氨气/一氧化氮双组份传感器；优选的，清洁基板，并将叉指电极固定在所述基板上，然后将方酸菁聚合物溶液刷涂在叉指电极上；所述方酸菁聚合物溶液中，方酸菁聚合物、溶剂的质量比为4∶1～2；比如：