[发明专利]一种金纳米粒子负载的金属有机框架材料、以其为传感材料的低湿度传感器及制备方法

说明书

一种金纳米粒子负载的金属有机框架材料、以其为传感材料的具有低湿度传感特性的低湿度传感器及该传感器的制备方法，属于湿度传感器技术领域。本发明采用溶剂热法制备金属有机框架材料，然后引入氯金酸并还原得到金纳米粒子负载的金属有机框架材料；本发明所述的低湿度传感器由表面带有2～5对石墨碳叉指电极的陶瓷基板、滴涂在陶瓷基板和石墨碳叉指电极上的传感层组成；所制备的金纳米粒子负载的金属有机框架材料的低湿度传感器在低湿度范围下有优异的湿敏特性，包括高的灵敏度、良好的线性度以及好的长期稳定性，湿滞小和响应恢复快，解决了大部分复合材料检测低湿度时灵敏度低，线性度差以及长期稳定性差的问题。

技术领域

本发明属于湿度传感器技术领域，具体涉及一种金纳米粒子负载的金属有机框架材料、以其为传感材料的具有低湿度传感特性的低湿度传感器及该传感器的制备方法。

背景技术

湿度作为衡量空气干湿程度的主要参数，在人类的生产和生活中起着至关重要的作用，尤其是较低的相对湿度(0～30％)。当湿度过低时，土壤和植物失水，农作物减产；会产生静电荷积累，易造成爆炸或者火灾。但较低的湿度也被电子元件厂以及货物仓储所需求。湿度与人类的日常生活也是密不可分的。湿度的高低直接关系到人类生活的舒适程度，一般50％左右的相对湿度环境比较适宜。当人们长期处于低湿度环境中时，会无精打采，易患呼吸系统病症等。湿度传感器在气象环境监测、工业生产、农业种植、航空航天和医疗等领域有着广泛的应用。在万物互联以及智能制造迅速发展的今天，对低湿度的快速灵敏精准的监控显得尤为重要。

目前应用于检测低湿度有很多种方法，包括光谱法、石英晶体微天平法以及表面声波法等。这些方法可以一定程度上应用于检测低湿度，但是仍存在着耗时长、造价昂贵以及操作复杂的问题。基于复合材料的阻抗型湿度传感器具有制备简单、成本低廉和体积小的优点，是在低湿度检测领域具有巨大应用前景的技术。目前，聚合物电解质、石墨烯基复合材料以及无机复合材料被尝试应用于检测低湿度，但是这些复合材料低湿度传感器暴露了响应值低、湿滞大、线性度差以及无法长期工作的缺陷。因此设计基于新型复合材料的低湿度敏感材料提升低湿度传感器的灵敏度、湿滞和长期稳定性，获得性能优越的高灵敏低湿度传感器具有重大意义和广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种金纳米粒子负载的金属有机框架材料、以其为传感材料的具有低湿度传感特性的低湿度传感器及该传感器的制备方法。

本发明采用溶剂热法制备金属有机框架材料，然后引入氯金酸并还原得到金纳米粒子负载的金属有机框架材料。本发明所述的金纳米粒子负载的金属有机框架材料，其由如下步骤得到(如没特指，本发明所述的溶液均为去离子水溶液)：

(1)将0.05～0.5mmol锆源和0.2～0.5mmol配体溶解在10～100mL的N,N-二甲基甲酰胺中，配体为2-磺酸钠对苯二甲酸和对苯二甲酸的混合，配体中2-磺酸钠对苯二甲酸的摩尔百分含量为10～100％；

(2)向步骤(1)得到的混合溶液中加入1～5mL冰醋酸和1～5mL去离子水，超声分散均匀，然后转入到水热釜中在100～150℃下处理12～48小时；

(3)将步骤(2)水热釜内的溶液冷却到室温，离心获得白色粉末，用乙醇和甲醇对白色粉末进行洗涤，离心和烘干后得到白色粉末，记为X％-NaSO₃-UIO-66，X％为2-磺酸钠对苯二甲酸占总配体的摩尔百分比，10≤X≤100；

(4)称取50～150mg步骤(3)中得到的白色粉末分散在10～50mL去离子水当中，超声分散均匀，然后向其中加入5～100μL、0.1g/mL的氯金酸溶液，搅拌10～60分钟，得到金属有机框架材料和氯金酸的混合溶液；