[发明专利]一种基于钙钛矿量子点的氨气传感器及氨气定量检测方法

说明书

本发明公开了一种基于钙钛矿量子点的氨气传感器及氨气定量检测方法。该氨气传感器的气敏元件中包括一钙钛矿量子点膜，所述钙钛矿量子点为表面存在缺陷的钙钛矿量子点。本发明中的氨气传感器结构简单，能够实现氨气含量动态监测。本发明中的氨气检测方法利用荧光强度的变化值可实现低浓度氨气的准确测量，并且，该方法无需过高的工作温度，在室温下即可实现对氨气浓度的定量检测，具有测量方法简单、元件成本低廉、响应恢复速度快、检测选择性好的特点，具有良好的检测性能。

技术领域

本发明属于气体传感器技术领域，具体涉及一种基于钙钛矿量子点的氨气传感器及氨气定量检测方法。

背景技术

氨是一种无色气体，具有强烈的刺激性气味，易溶于水。氨是一种致癌、致畸物质，对人体的眼睛、呼吸系统、神经系统和内脏都会造成一定损害。当暴露在氨气环境中，接触到氨气的皮肤组织会受到氨气的腐蚀和刺激，氨气还会吸收皮肤表层的水分导致皮肤表层蛋白质变性，破坏组织结构。除此之外，氨气还会对眼睛和呼吸系统造成强烈的刺激和腐蚀作用，氨气易被吸附在眼结膜和呼吸道黏膜上，导致结膜炎和呼吸道炎症。由于氨气对呼吸道黏膜的破坏作用，使病原微生物更易侵入人体。在工业中，氨可用于化肥和制冷系统等原材料的工业生产。如果发生氨泄漏，将导致工厂关闭并破坏环境。

气体传感器是利用敏感材料直接吸附目标气体，使材料的电学或光学性质发生变化，进而输出电信号或光学信号，根据这些信号的变化而检测气体浓度。大多数传感器可分为基于电子信号的传感器和基于光学信号的传感器，其中气体传感响应可分别由电学和光学性质的变化记录。在基于电子信号的传感器方面，大多数是金属氧化物半导体气体传感器，如TiO₂、SiO₂或ZnO等，它们温度依赖性差，常常需要300℃以上的工作温度，给实际应用带来了困难。光学传感器可分为两种：一种是将检测目标气体对光的吸收变化作为检测信号，其表现出良好的灵敏度和选择性，但是对设备的高要求进一步限制了它们作为便携式微型传感器的应用；另一种是基于传感器敏感层和目标气体发生反应而引发光学信号的传感器，例如以荧光或颜色变化为检测信号的传感器。

由于氨气为碱性气体，一定浓度下，可以令试纸变色，从而分析气氛中是否含有氨气，但是这种测试需要保证氨气浓度较高而且试纸颜色变化要灵敏，否则会产生较大误差。并且，目前大多数基于荧光强度变化的氨气传感器都为荧光减弱型传感器，由于传感器具有比较复杂的工作环境，其他气体也会对敏感层产生影响造成荧光的减弱，从而对传感器的选择性和灵敏度产生影响。

因此，开发一种高灵敏度且适用于室温响应的特异性荧光增强型氨气传感器十分必要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了克服现有技术中气体传感器工作温度高、选择性差的缺陷，而提供了一种基于钙钛矿量子点的氨气传感器及氨气定量检测方法。本发明中的氨气传感器结构简单，选择钙钛矿量子点薄膜作为气敏元件，然后利用荧光气敏传感系统捕捉元件荧光信号的强度变化即可进行氨气浓度的检测，该氨气传感器能够实现氨气含量动态监测。本发明中的氨气检测方法利用荧光强度的变化值可实现低浓度氨气的准确测量(例如25ppm-350ppm范围)，并且，该方法无需过高的工作温度，在室温下即可实现对氨气浓度的测量，具有测量方法简单、元件成本低廉、响应恢复速度快、检测选择性好的特点，具有良好的检测性能。