[发明专利]一种化学气体传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种化学气体传感器及其制备方法，该气体传感器含有导电聚合物敏感薄膜、叉指电极基底。该导电聚合物中含有六氟异丙醇基团、六氟异丙醇苯胺基团、3,5‑双三氟甲基苯酚基团中的任意一种。与现有化学气体传感器相比，该气体传感器具有对有机磷化物灵敏度高、气体选择性好、常温实时检测、传感功耗极低、便携性优异、制备工艺简单、易于加工、成本低廉等特点。

技术领域

本发明属于气体传感器领域，涉及一种基于阻抗实时检测的气体传感器，具体涉及一种基于功能化导电聚合物阻抗实时检测的叉指电极传感器件以及通过涂覆导电聚合物溶液于叉指电极基底上制备气体传感器的制备方法。

背景技术

可便携、常温可实时检测的有机磷化物检测传感器的研发是目前国内外的研究热点。基于导电高分子的化学传感器由于其灵敏度高、重复性好、体积小巧、功耗低等优点成为有机磷化物实时实地检测的发展趋势。Sunghun Cho等人基于聚苯胺制备的纳米颗粒、纳米棒、纳米纤维制备的气体传感器对有机磷化物甲基磷酸二甲酯(DMMP)表现出优异的灵敏度，其纳米纤维对DMMP最低检测浓度为5ppb(Journal of Materials Chemistry A,2013,1(18):5679-5688.)。Jun Seop Lee等人利用电喷射和热搅拌技术制备的表面羟基功能化海胆状聚吡咯纳米颗粒具有较高的比表面积，可达SBET＝227m2/g，基于此制备的气体传感器，相比较于聚苯胺，比表面积和有效传导面积大幅度提升，故对DMMP检测最低浓度得到很大提升，为0.1ppb(Acs Nano,2013,7(11):10139-47.)。Oh Seok Kwon等人使用PMMA纳米纤维为模板，使用化学气相沉积法制备了羟基功能化聚(3,4-乙烯二氧噻吩)纳米管，基于此制备的气体传感器对有机磷化物实现了10ppt级别的响应(Nano Letters,2012,12,(6):2797.)。尽管这些基于纳米导电聚合物的气体传感器已经能对DMMP实现痕量浓度的实时响应，但是仍面临高灵敏度与高选择性难以兼顾的问题，如未功能化的聚苯胺、单羟基功能化的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)虽然对DMMP具有相当高的灵敏度，但是往往选择性不佳，特别是对空气中的水蒸气、醇类蒸汽十分敏感，无法应用于户外复杂的气体氛围中，及其容易出现误报警的副作用，难以得到广泛应用，故研制出同时具有高敏感性、高选择性的化学气体传感器受到广泛关注。

发明内容

为了解决上述问题，本发明公开了一种化学气体传感器及其制备方法，所制备的气体传感器对有机磷化物具有优异的综合检测性能，包括高灵敏度与高气体选择性。

为达到上述目的，本发明提供了一种化学气体传感器，其特征在于：该气体传感器含有导电聚合物敏感薄膜、叉指电极基底。

优选地，所述气体传感器的传感原理为阻抗实时检测技术，所用电压为1mV-10V，所用电压频率为0.1Hz～1000000Hz，其使用温度为-30℃～60℃。

优选地，所述导电聚合物具有如下结构通式(Ⅰ)：

其中：

M₁代表一种单体单元，其来自于导电聚合物单体N₁。导电聚合物单体N₁具有如下结构通式(Ⅱ)：

其中P₁代表一个单体中的主体部分，为功能化3,4-乙撑二氧噻吩主体功能化三亚甲基二氧噻吩主体功能化吡咯主体中的任意一种。

R₁代表一个基团，包含C1-C12的亚烷基或者其中1到3个烷基基团被-O-、-NH-、-C(O)-基团、-C(O)NH-基团、-C(O)O-基团、苯环基团一个或多个取代。

R₂代表一个给质子官能团，包含六氟异丙醇基团六氟异丙醇苯胺基团3,5-双三氟甲基苯酚基团中的任意一种。