[发明专利]一种光子晶体VOCs传感器及其制备方法

说明书

本发明涉及光子晶体技术领域，提供了一种光子晶体VOCs传感器及其制备方法。所述制备方法包括：将甲基纤维素、聚乙烯醇和氧化石墨烯加入水中制成混合溶液；将混合溶液填充光子晶体阵列模板，干燥；然后去除光子晶体阵列模板得到光子晶体薄膜；再用醋酸纤维素溶液涂覆光子晶体薄膜，制得所述光子晶体VOCs传感器。本发明提供的制备方法制备的光子晶体VOCs传感器具有高生物相容性和良好的柔韧性，使用简单方便，对多种VOCs均具有明显的响应，尤其是对丙酮具有高选择性响应，可以实现对多种VOCs的检测。

技术领域

本发明涉及光子晶体技术领域，更具体地说，是涉及一种光子晶体VOCs传感器及其制备方法。

背景技术

挥发性有机物(VOCs)作为一种广泛存在的大气污染物，对人体的皮肤、神经系统和呼吸系统都有着广泛的危害。尤其对呼吸系统有着显著的不良影响，容易导致肺功能下降，进而引起急慢性肺病、哮喘、过敏甚至肺癌。此外，在室外太阳光和热的作用下，VOCs与氮氧化物(NO_x)发生光化学反应产生的臭氧是平流层臭氧的主要来源，VOCs排放的增加对臭氧的生成有着显著的增强作用，臭氧造成的空气污染也会引起咳嗽、呼吸困难等症状。因此，对VOCs进行检测和监测对于工业化城市的生产生活具有十分重要的意义。

现有的VOCs检测方法主要包括光离子化检测法、气相色谱法、电化学气体传感器、压电式气体传感器、金属氧化物半导体气体传感器等。其中，光离子化检测法和气相色谱法存在设备昂贵、操作复杂等问题，而电化学气体传感器、压电式气体传感器和金属氧化物半导体传感器则存在选择性低、易受外界环境的影响、容易产生零点漂移现象等问题。

近年来，基于刺激响应性光子晶体的VOCs传感器得到了广泛的报道。但其传感机理大多基于VOCs渗透光子晶体结构后，光子晶体结构的有效折射率或晶格间距发生变化，引起其结构色和反射光谱的变化，从而实现对VOCs的检测。但是这一检测策略往往是通用的，无法实现对具体种类VOCs的特异性检测。

因此，需要开发一种检测灵敏且广泛、选择性好、成本低、操作简单的VOCs传感检测装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光子晶体VOCs传感器及其制备方法，以解决现有技术中VOCs检测装置存在选择性低、易受外界环境的影响、易产生零点漂移现象等的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一方面，本发明提供一种光子晶体VOCs传感器的制备方法，包括：将甲基纤维素、聚乙烯醇和氧化石墨烯加入水中制成混合溶液；将混合溶液填充光子晶体阵列模板，干燥；然后去除光子晶体阵列模板得到光子晶体薄膜；再用醋酸纤维素溶液涂覆光子晶体薄膜，制得所述光子晶体VOCs传感器。

本发明提供的光子晶体VOCs传感器的制备方法是先采用甲基纤维素、聚乙烯醇和氧化石墨烯制成多孔结构骨架，然后将醋酸纤维素涂覆在多孔结构骨架上并沿孔洞渗透进多孔结构骨架内部，制成一种可降解的、高韧性的光子晶体VOCs传感器。

本发明提供的光子晶体VOCs传感器检测VOCs的原理是基于Flory-Huggins溶液理论。Flory-Huggins参数χ反映了聚合物分子与溶剂混合过程中相互作用能的变化，χ值越小，溶剂的溶解能力越好。χ值与每种化合物的Hildebrand参数δ相关，δ_t＝希尔布莱德参数总值(total Hildebrand Parameter)，δ_d＝色散力部分参数(dispersion component parameter)，δ_p＝极性力部分参数(polarcomponent parameter)，δ_h＝氢键粘合力部分参数(hydrogen bonding componentparameter)。因此，当聚合物和有机溶剂的χ值较为接近时，可实现对目标VOCs的高特异性检测。