[发明专利]一种PEDOT:PSS基柔性氨气传感器的制备方法

说明书

本发明公开了一种PEDOT:PSS基柔性氨气传感器的制备方法，将PEDOT:PSS制备为适合普通喷墨打印机打印的墨水形式，通过喷墨打印方式，在叉指电极上沉积氨气敏感材料层，同时在氨气敏感材料层上喷墨打印氯化铁水溶液，沉积得到掺杂材料，完成氨气传感器的制备；本发明制备的氨气传感器在室温下对不同浓度的氨气均具有较好的响应，对低浓度氨气的敏感度高，对氨气的检测下限达到了1ppm，且检测范围宽，同时具有响应时间短、稳定性高和气体选择性好的特点，适合在室温下对氨气进行高灵敏的检测，且制备的氨气传感器柔性好、工作温度低，可结合可穿戴设备应用于人体周围环境氨气检测和人体呼吸气体检测，从而对人体健康状况进行预警。

技术领域

本发明属于气体检测技术领域，具体涉及一种PEDOT:PSS基柔性氨气传感器的制备方法。

背景技术

发展高性能柔性室温气体传感器，对环境检测、人体健康预警以及军事国防等领域具有重要的意义。如低浓度的氨气对眼和潮湿的皮肤能迅速产生刺激作用，氨气浓度过高(25ppm)时则会对人体呼吸器官产生较大的损伤。另外，医学研究表明，健康人体呼出的气体中氨气浓度为ppb量级，而肾衰竭患者呼出的气体中氨气浓度一般大于1ppm，因此可通过检测人体呼出的氨气浓度，实现对人体健康预警。

在氨气检测方面，研究人员发现金属氧化物、碳纳米管、石墨烯、导电有机物等都可以用于氨气检测。但是，在大量报道中，金属氧化物在氨气检测方面，需要非常高的反应温度，不利于低成本和可穿戴设备，例如，公开号CN106365204A的中国发明专利申请公开了一种用于氨气气敏传感器的三氧化钨敏感材料的制备方法，其中在氨气的响应测试中传感器具有较好氨气响应的工作温度为360℃，工作温度较高。而碳纳米管和石墨烯需要高温处理，也不利于大规模低成本制造，并且灵敏度较低，例如，公开号CN104458826A的中国发明专利申请公开了一种新型氨气传感器及其制备工艺，其需要利用静电纺丝并在N₂中400℃～600℃和650℃～850℃分别煅烧一次，另外在10ppm氨气的响应为4％左右，制造方式复杂并且灵敏度较低。导电聚合物如聚(3,4-乙撑二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐(即PEDOT:PSS)具有较好的氨气敏感度、可室温工作、稳定性较好、成本低等优点，吸引了研究人员的注意，例如，公开号CN105866175A的中国发明专利申请公开了一种可印刷柔性氨气传感器及其制备方法，其利用导电有机物和金属纳米线混合作为氨气敏感材料，制造了一种柔性氨气传感器，但是单纯的聚(3,4-乙撑二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐氨气传感器在实际应用中具有测试范围较窄、对低浓度氨气(小于10ppm)不敏感、测试时间长等缺点，并不利于实际应用。因此需要制备一些新的氨气传感器，以满足工业生产的需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种PEDOT:PSS基柔性氨气传感器的制备方法，制备的氨气传感器在室温下对不同浓度的氨气均具有较好的响应，对低浓度氨气(小于10ppm)的敏感度高，对氨气的检测下限达到了1ppm，且检测范围宽，同时具有响应时间短、稳定性高和气体选择性好的特点，适合在室温下对氨气进行高灵敏的检测，且制备的氨气传感器柔性好、工作温度低，可结合可穿戴设备应用于人体周围环境氨气检测和人体呼吸气体检测，从而对人体健康状况进行预警。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种PEDOT:PSS基柔性氨气传感器的制备方法，包括以下步骤：

(1)准备一柔性基底，先后采用乙醇和丙酮对该柔性基底进行超声清洗，超声清理时间为10～30分钟，之后在80～200℃温度下热处理10～100分钟；

(2)在柔性基底上丝网印刷或者喷墨打印导电银墨水，之后在40～200℃温度下热处理10～200分钟，在柔性基底上制备得到银叉指电极；

(3)取质量浓度为0.1～20％的PEDOT:PSS水溶液，添加表面活性剂超声震荡5～30分钟，制备得到PEDOT:PSS前驱墨水；