[发明专利]一种近红外传感芯片及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种近红外传感芯片及其制备方法与应用，具体涉及一种基于离子液体-聚吡咯纳米颗粒的近红外传感芯片及其制备方法与应用，属于光电传感器领域。

背景技术

近红外光传感器是一种可以检测特定波长的近红外光强度的传感器，近红外光传感器按照其传感机理可以划分为两类，一类是光子传感器，基于光电效应的机理；另一类是热传感器，基于光热转换的热效应机理。传统的近红外光传感芯片采用毒性很大的无机材料作为传感基元，比如硫化镉、硒化镉、硫化铅等，除此之外，传统的近红外光传感芯片体型巨大，价格昂贵，环境中难以降解，不易携带，操作也不够简便，这些缺点使得近红外光传感器的应用只能局限在部分高校、科研单位和军方机构等，无法面向社会和大众，不利于近红外光传感器的进一步普及和发展。

当前，离子液体作为一种新型的液态电解质备受各类学科的广泛关注。与常见的电解质溶液(主要是盐的水溶液)不同，离子液体是一种纯净物，本身仅由阴阳离子构成，常见的阳离子有季铵盐离子、季鏻盐离子、咪唑盐离子和吡咯盐离子等，阴离子有卤素离子、四氟硼酸根离子、六氟磷酸根离子等。离子液体在室温或者接近室温时呈液态，具有一定的流动性，此外，离子液体具有良好的热稳定性、化学稳定性、较高的离子电导率、适中的粘度以及自身可忽略不计的蒸汽压，使得离子液体在电化学、电分析化学领域有着广阔的应用前景。

离子液体具有一定的离子电导率，但这种电导率并非恒定不变，在受到外界因素，比如温度、水、二氧化碳等的影响时，电导率会发生变化，利用这种电导率变化，我们可以实时监测外界环境的变化。S.T.Armes等(J.Chem.Soc.Chem.Commun.1987,288)发现聚吡咯纳米颗粒对600nm以上的红外光有很强的吸收，聚吡咯纳米颗粒自身具有光热转换能力，可以将近红外光全部转化为热量。利用聚吡咯纳米颗粒的这种光热转换性质，可以把一定强度的近红外光转换成温度的变化，从而使得离子液体的电导率发生响应性变化，这种变化可以通过电化学设备检测出来。

因此，提供一种基于离子液体-聚吡咯纳米颗粒、操作简单、方便携带、价格低廉的近红外光传感芯片具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种近红外传感芯片及其制备方法与应用，该芯片能够将近红外光通过聚吡咯纳米颗粒转换成温度变化，进而改变芯片内部离子液体的电导率，再通过电化学设备检测出来离子液体的电导率改变量，使之与近红外强度一一对应，从而检测近红外光强度。

本发明提供的一种基于离子液体-聚吡咯纳米颗粒的近红外光传感芯片，包括聚二甲基硅氧烷基片、2个盖玻片和2个电极；

2个所述盖玻片分别贴附于所述聚二甲基硅氧烷(PDMS)基片的上表面和下表面，且为密封配合；

所述聚二甲基硅氧烷基片上设有一通孔；所述通孔内填充有聚吡咯纳米颗粒和离子液体的混合物；

2个所述电极均穿过所述聚二甲基硅氧烷基片与所述混合物接触。

上述近红外光传感芯片中，所述混合物中，所述聚吡咯纳米颗粒的质量百分含量可为0.1％～5.0％，具体可为1.0％；

所述聚吡咯纳米颗粒的粒径可为40nm～60nm。

上述近红外光传感芯片中，所述离子液体可为1-辛基-3-甲基咪唑醋酸盐([OMIm][Ac])、1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐([BMIm][Ac])、1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐([EMIm][Ac])中任一种。

本发明也提供了上述近红外光传感芯片的制备方法，包括如下步骤：

(1)在所述聚二甲基硅氧烷基片上打孔得到所述通孔；

(2)将2个所述盖玻片分别与所述聚二甲基硅氧烷基片的上表面和下表面进行加热键合；

(3)向所述通孔内注入所述聚吡咯纳米颗粒与所述离子液体的混合物；

(4)将2个所述电极接入至所述通孔内，且与所述混合物接触，即得到所述近红外光传感芯片。

上述制备方法，步骤(1)中，所述通孔具体可通过使用不同直径的圆形打孔器基于同一个圆心对聚二甲基硅氧烷基片打孔得到。

上述制备方法，步骤(2)中，所述盖玻片与所述聚二甲基硅氧烷基片经加热键合后即得密封的内含通孔的聚二甲基硅氧烷基片。

上述制备方法，步骤(2)中，所述加热键合的温度可为65℃～80℃，具体可为65℃；时间可为8h～12h，具体可为8小时。

上述制备方法，步骤(2)中，在所述加热键合之前，所述方法还包括对所述盖玻片的表面和所述聚二甲基硅氧烷基片的表面进行Plasma处理的步骤；