[发明专利]气体传感器及其应用、设备和气体传感器的制备方法

说明书

本发明提供一种气体传感器及其应用、设备和气体传感器的制备方法，所述气体传感器包括凝胶，所述凝胶包括聚合物网络、与所述聚合物网络结合共同形成凝胶态的溶剂以及溶解在所述溶剂中的电解质盐，所述聚合物网络具有用于与待测气体结合的功能基团。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，特别是涉及一种气体传感器及其应用、设备和气体传感器的制备方法。

背景技术

柔性可拉伸传感器能紧密贴在具有复杂形状的弯曲结构的表面，因此在电子皮肤、可穿戴式电子、人机界面、柔性机器人和健康医疗等多个领域展现出广阔的应用前景。在各种应用中，气体检测显得日益重要。在穿戴式应用中，气体传感器可贴在弯曲结构的表面(例如衣服、动物和机器人皮肤等)进行实时检测。在柔性机器人的应用中，人们希望电子皮肤不仅能像人类的皮肤一样具有伸缩的能力，而且能像人的鼻子一样，能在复杂环境中“闻”到有害气体(电子鼻)，从而警告人们远离不利环境。另外，设置在衣服、袜子、手套和包包等服饰上面的可穿戴式化学传感器通过测量人体的气味和湿度可以检测人体的健康情况；通过测量环境中的有毒气体或者爆炸性物质的浓度可以提醒人们避开潜在的危险。但当穿戴者穿上、脱下、清洗这些可穿戴式服饰时，甚至在日常运动的过程中时，这些穿戴式传感器很容易被拉长。因此，柔性可拉伸的气体传感器的研发很有必要。

目前报道的柔性气体传感器大多数基于无机纳米材料，包括石墨烯、MoS₂、碳纳米碳(CNTs)和胶体量子点等。制备这些柔性NO₂气体传感器需要使用额外的柔性基底作为支撑，但这些器件均缺乏可拉伸性。例如，有报道利用MoS₂作为薄膜晶体管(TFT)的通道材料，同时利用还原氧化石墨烯(RGO)作为TFT的电极材料，在聚对苯二甲酸乙二酯(PET)柔性基底上制备了NO₂气体传感器。PET和纸等柔性基底虽然可以经受弯曲，但却不易制备可拉伸的传感器。也有少数报道将石墨烯等气敏材料沉积在可拉伸的基底例如聚二甲基硅氧烷(PDMS)和聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(Ecoflex)上制备可拉伸的气体传感器，但这种方法需要复杂的工艺来制备可拉伸的系统，因此如何通过简单的制备方法得到可拉伸性的气体传感器是我们亟待解决的问题。

发明内容

基于此，有必要提供一种气体传感器及其应用、设备和气体传感器的制备方法。

本发明提供一种气体传感器，包括凝胶，所述凝胶包括聚合物网络、与所述聚合物网络结合共同形成所述凝胶的溶剂以及溶解在所述溶剂中的电解质盐。

在其中一个实施例中，所述聚合物网络具有用于与待测气体结合的功能基团，所述待测气体优选为NO₂和NH₃中至少一种，优选的，所述功能基团包括-NH₂、SO₃^-和-OH中的至少一种，更优选包括-NH₂、SO₃^-和-OH。

在其中一个实施例中，所述溶剂包括水，并且包括或不包括有机溶剂，所述有机溶剂优选为碳原子数为1～10的小分子多元醇，更优选为丙三醇和乙二醇中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述凝胶为双网络凝胶，包括第一聚合物网络和第二聚合物网络。

在其中一个实施例中，所述第二聚合物网络用于包覆所述溶剂，所述第一聚合物网络用于增强所述凝胶的力学强度，优选的，所述第一聚合物网络与所述第二聚合物网络的质量比为16:1～1.3:1，优选的，所述第一聚合物网络为聚丙烯酰胺，所述第二聚合物网络为卡拉胶。

在其中一个实施例中，所述凝胶具有透明性，所述凝胶在可见光波段的光学透过率大于60％，所述凝胶的拉伸应变性大于1200％。