[发明专利]电阻式薄膜二氧化氮传感器及其制备方法与应用

说明书

本文设计合成了一种电阻式薄膜二氧化氮传感器及其制备方法与应用，测试了该材料对二氧化氮（NOsubgt;2/subgt;）的传感性能。测试结果表明，本发明所制备的方酰胺聚合物对二氧化氮表现出优异的响应性能，能够检测的最低的二氧化氮浓度为10 ppb，具有较好的响应程度；在10 ppm的浓度下，其响应达到277；此外，该电阻式薄膜二氧化氮传感器具有很好的选择性，在浓度100 ppb的二氧化氮氛围中，该材料响应/回复时间为219/446 s。以上说明本发明对于二氧化氮的检测具有十分重要的意义。

技术领域

本发明属于有机半导体器件技术领域，具体涉及电阻式薄膜二氧化氮传感器及其制备方法与应用。

背景技术

二氧化氮（NO₂）是常见的有毒空气污染物之一，NO₂是一种红褐色，刺激性，有毒气体，具有特征性的刺激性气味，主要以不同氮氧比例的氮氧化物（NO_x）混合物形式存在。对于人类暴露1小时的LC50（暴露的50％的致死浓度）大约为174 ppm。NO₂的主要来源是煤和石油等燃料的燃烧，雷暴期间由于极端闪电引起的生物质燃烧，以及农业施肥导致的微生物固氮。NO₂值得注意的影响包括：呼吸道炎症，长期暴露导致的肺功能下降，呼吸系统疾病风险增加，对过敏原的反应性增强，产生酸雨造成植被，建筑物的损伤以及湖泊，溪流的酸化。国家环境空气质量标准中NO₂的年暴露限值由环境保护局（EPA）规定为十亿分之五十三（53 ppb）。 到目前为止，大多数商业NO₂传感器很少达到ppb级别的检测限（LOD）或对其他非目标气体敏感。因此，开发能够高效，准确，可靠，快速检测低浓度的NO₂气体传感器迫在眉睫，尤其是传感器中作为气敏材料的聚合物结构对传感性能影响很大，需要开发新的气敏材料。

发明内容

针对上述情况，本发明采用一种方酰胺聚合物（PAPS）作为气敏材料制备二氧化氮传感器，并且通过在不同浓度的二氧化氮环境中观察传感器的电流变化来检测不同浓度二氧化氮。本发明中基于离子共轭聚方酰胺的二氧化氮传感器对二氧化氮的检测限最低能达到10 ppb，并且传感器制作方便，价格低廉，稳定性好。

本发明采用如下技术方案：

一种电阻式薄膜二氧化氮传感器电极，其制备方法包括如下步骤，将方酰胺聚合物与乙醇混合形成的糊状物刷涂在叉指电极表面，然后放入真空烘箱中烘干，得到电阻式薄膜二氧化氮传感器电极。

一种电阻式薄膜二氧化氮传感器，包括叉指电极、位于叉指电极表面的气敏材料、基底；所述气敏材料由方酰胺聚合物制备。

一种检测环境中二氧化氮的方法，包括如下步骤，将方酰胺聚合物与乙醇溶剂混合形成的糊状物刷涂在叉指电极表面，放入烘箱中烘干，得到电阻式薄膜二氧化氮传感器；将电阻式薄膜二氧化氮传感器置入待检测环境中，完成环境中二氧化氮的检测；本发明的检测为定性检测或者定量检测。

本发明进一步公开了上述电阻式薄膜二氧化氮传感器电极或者电阻式薄膜二氧化氮传感器在检测二氧化氮中的应用；或者方酰胺聚合物在检测二氧化氮中的应用。

本发明中，方酰胺聚合物的化学结构式如下：

本发明所述方酰胺聚合物的制备方法为，以5,5’-二氨基-2,2’-联吡啶、3,4-二羟基-3-环丁烯-1,2-二酮（方酸）为原料，在正丁醇溶剂中加热反应，制备PAPS。

具体的，本发明公开的方酰胺聚合物（PAPS）的制备方法，包括以下步骤，5,5’-二氨基-2,2’-联吡啶，3,4-二羟基-3-环丁烯-1,2-二酮（方酸）在正丁醇中反应；反应结束后，待温度降至室温，将产品过滤并用正丁醇洗涤，真空干燥，得到方酰胺聚合物（PAPS）。