[发明专利]一种具有抗湿性的聚苯胺基氨气传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有抗湿性的聚苯胺基氨气传感器，涉及气体传感器和电子聚合物敏感材料技术领域，包括衬底、叉指电极、设置于叉指电极表面的吸湿性薄膜，以及在吸湿性薄膜表面生长形成的聚苯胺薄膜，同时公开了该氨气传感器的制备方法。本发明利用聚合形成的聚苯胺薄膜自身具有多孔网格结构，其透气性与下层功能材料的吸湿性相结合，不需要额外的湿度补偿与除湿装置，在减少湿度对传感器气敏性能影响的同时不需要牺牲自身的气敏性能，大大降低了湿度对传感器的影响，解决了传感器在大气环境与呼吸检测等方面的应用限制，具备良好的实用性。

技术领域

本发明涉及气体传感器和电子聚合物敏感材料技术领域，尤其涉及一种具有抗湿性的聚苯胺基氨气传感器及其制备方法。

背景技术

气体传感器广泛应用于军事、气象、农业、工业、医疗、建筑等方面，与人类日常的生活息息相关。针对气体传感器的研究已经过去了60年，然而大量环境与材料自身因素制约了气体传感器大规模实用化使用。其中，环境湿度对传感器的影响十分严重，它不仅容易侵入到传感器的转化电路之中引起器件工作寿命的缩短，更重要的是湿度也是气体传感器的一个选择性干扰项，环境湿度的大幅变化(如应用在呼吸应用测试)将会使传感器的置信度下降。因此，开发一种具备抗湿性的传感器具有很好的实用性。

目前针对抗湿性传感器的研究主要集中在材料，器件结构与后端电路算法处理三个方面。材料研究方面主要寻找湿度不敏感的气敏材料，如CN110040766A公开了一种氧化锌掺杂氧化锡纳米气敏材料，通过合适的掺杂得到高抗湿性能；器件结构方面主要是前端除湿装置的研究以及抗湿结构的设计，如CN 106770485A公开了一种在敏感层的基础上修饰硅疏水性分子筛过滤层的方法，利用疏水性分子筛的疏水特性维持器件周围的局部干燥，降低高湿度环境对传感器件的干扰；后端电路算法处理方面主要研究湿度补偿响应。

然而，针对利用气敏材料本身的结构来实现抗湿性能的研究还处于比较初步的阶段。基于此，本发明提供一种具有抗湿性的聚苯胺基氨气传感器及其制备方法，可以在提高传感器氨敏性能的同时有效的实现抗湿性能，扩展氨气传感器的应用范围。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种具有抗湿性的聚苯胺基氨气传感器及其制备方法，该传感器具有优秀的氨敏性能和抗湿性能，传感器体积小、重量轻、柔韧性好，且制备工艺简单、加工成本低、可大批量生产，具有实用性强和应用范围广的特点。

本发明采用的技术方案如下：

为实现上述目的，本发明提供一种具有抗湿性的聚苯胺基氨气传感器，包括衬底、叉指电极、设置于叉指电极表面的吸湿性薄膜，以及在吸湿性薄膜表面生长形成的聚苯胺薄膜。

作为优选，所述吸湿性薄膜为具备吸湿性能、比表面积大的材料。

作为优选，所述吸湿性薄膜选自MXene材料、氧化石墨烯或二维过渡金属硫化物。

作为优选，所述聚苯胺薄膜通过采用化学氧化聚合的方法在吸湿性薄膜表面聚合形成。聚苯胺薄膜本身具有多孔性，其具有的空间网格结构中网格的大小与密度可以通过对聚合参数(如温度、浓度等)调控进行控制。

作为优选，所述衬底选自聚酰亚胺薄膜(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或纤维素纸。

作为优选，所述叉指电极的材料选自金、银、铜、石墨烯、碳纳米管和导电聚合物中的任意一种。

本发明还提供一种具有抗湿性的聚苯胺基氨气传感器的制备方法，包括以下步骤：

(1)清洗衬底，在衬底表面制备导电叉指电极；

(2)在带有叉指电极的柔性衬底表面制备吸湿性薄膜；

(3)采用化学氧化聚合的方法在吸湿性薄膜表面聚合生长聚苯胺薄膜。

作为优选，所述衬底清洗包括依次用去离子水、丙酮、乙醇、去离子水清洗，然后自然干燥。