[发明专利]以聚吡咯复合柔性膜为基的高效氨气传感器及其制备

说明书

本发明公开了一种以聚吡咯复合柔性膜为基的高效氨气传感器，包括柔性膜层、聚吡咯层、叉指电极层。本发明制备的传感器对氨气的检测具有高灵敏度，高选择性和高稳定性；本发明可以通过调控吡咯和过硫酸铵的浓度，来调节聚吡咯膜层的导电性和气敏性能，本发明具有小型化，室温工作的优势，从而可降低功耗，同时本发明具有可规模化生产，低成本的优势，有利于工业化生产。另外，本发明剩余溶液经过滤、干燥后可得到聚苯胺，减少浪费，节约成本。

技术领域

本发明涉及气体传感器，具体涉及氨气的检测传感器，同时涉及其制备方法。

背景技术

如今，大气污染问题无疑正在影响着人类的正常生产和生活活动。众所周知，氨气由于其高毒性和强腐蚀性从而对人类健康具有严重的危害，NH₃对人体的暴露极限为25ppm(8小时)和35ppm(10分钟)。此外，NH₃被认为是一种环境污染物，因为它具有高活性，并且当它分别与空气中的硝酸和硫酸反应时形成气溶胶，例如硝酸铵和硫酸铵。因此，这些纳米级NH₃气溶胶会产生烟雾，表现出降温效果，从而对全球温室气体平衡产生负面影响。此外，针对人体呼吸气体成分检测中，氨气还是尿毒症、十二指肠溃疡等疾病诊断的潜在生物标志物。因此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。

为达到工业化生产的目的，此类传感器也要求同时具有高稳定性、低成本、制造简单、可大规模制造等优点。再者，在产品的实际应用中，一般要求可柔性化、低温工作、低功耗、小型化、集成化、无线化等。当前有关氨气检测的敏感材料一般分为四类：金属氧化物、碳管、石墨烯和有机聚合物。其中金属氧化物材料是现在气体检测的常规气敏材料，但是金属氧化物一般需要非常高的工作温度，因此功耗较大。而碳管和石墨烯材料一般灵敏度较低，选择性较差等缺点。而有机聚合物因具有可室温工作、灵敏度高、制造方法简单、稳定性好等优点，是现在氨气检测方面的重要研究材料。但是一般有机聚合物如聚苯胺、聚噻吩，在相关研究中发现此类有机材料制备的NH₃传感器一般长期稳定性差和易受温度、湿度的影响的缺点。

发明内容

本发明针对上述现有技术上的不足，提供了一种以聚吡咯复合柔性膜为基的高效氨气传感器，得到的气体传感器性能相对于其它氨气传感器来说，有了大幅度的提高。

本发明的技术方案是提供一种以聚吡咯复合柔性膜为基的高效氨气传感器，其特征在于，依次包括柔性膜层、聚吡咯层、叉指电极层。

进一步地，柔性膜层可以是聚偏二氟乙烯、聚酰亚胺、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯等。

进一步地，聚吡咯层采用原位生长法，生长在柔性膜例如聚偏二氟乙烯多孔膜层之上。

进一步地，叉指电极层是指将导电材料通过丝网印刷或喷墨打印等方法沉积于聚吡咯层上；其中导电材料为银导电油墨或铜导电油墨两者中的一种。

本发明还提供以聚吡咯复合柔性膜为基的高效氨气传感器的制备方法，包括如下步骤：

(1)将柔性膜依次分别浸泡在乙醇、丙酮中，超声清洗，一般超声时间为15-20分钟；之后在50-150℃热处理10-100分钟；

(2)取0.01-3g的吡咯加入到100-300ml的1M HCl中，磁力搅拌10-300分钟，将步骤(1)处理后的柔性膜放入溶液中，得到溶液A并将溶液A放入冰水中；

(3)加过硫酸铵0.01-6g于20ml的1M HCl中并超声振荡5-100分钟，将得到的溶液加入溶液A中，保持在冰水中反应10-100min；

(4)取出柔性膜，去离子水冲洗，之后在30-150℃热处理1-10h；

(5)将银导电墨水、铜导电墨水中的一种利用丝印、喷墨打印或溅射沉积于柔性膜上，之后在40-200℃之间热处理30-200分钟。