[发明专利]一种氨气气体传感器、制备方法及其应用

说明书

一种基于PANI@Au‑In₂O₃纳米敏感材料的柔性平面式NH₃气体传感器、制备方法及其在大气环境中室温下检测NH₃方面的应用，属于气体传感器技术领域。传感器是由柔性PET衬底、原位生长在PET衬底表面上的PANI@Au‑In₂O₃纳米敏感材料组成。本发明所开发的传感器除了具有较高的灵敏度外，还具有较低的检测下限，可检测低至500ppb的NH₃，对100ppm NH₃的灵敏度可以达到46，而且展现了非常好的选择性、重复性。本发明所述的柔性可弯曲的平面式结构传感器，制作工艺简单，体积小，安全无害，具有重要的应用价值。

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PANI@Au-In₂O₃纳米敏感材料的柔性平面式NH₃气体传感器、制备方法及其在大气环境中室温下检测NH₃方面的应用。

背景技术

氨气(NH₃)是一种无色但是有刺激性气味的气体，对眼睛和呼吸器官有强烈的腐蚀性。根据国家标准《工作场所有害因素职业接触限值GBZ2-2002》规定，车间NH₃最高容许浓度为40ppm。因此，开发出具有高灵敏度，低检测限，可在室温下检测而且价格低廉的NH₃气体传感器具有重要的现实意义。

事实上，在过去几年中，围绕NH₃传感器的研究一直在不断深化，而且已经开发了各种类型的NH₃传感器，例如传统的氧化物半导体气体传感器(SnO₂、In₂O₃、Fe₂O₃、WO₃等)和混合电位型气体传感器(氧化锆和Ni₃V₂O₈、TiO₂@WO₃)。然而，这些材料最大的缺点是制备的传感器通常在十分高的温度下才能对氨气有响应，高的工作温度大大增加了能耗且限制了已经开发的材料的实际应用。基于有机导电高分子和半导体氧化物复合材料的NH₃传感器，不仅能保留半导体氧化物的高灵敏度的优势，还具有导电高分子的低检测温度和好的选择性的特性，因此被重点关注。In₂O₃作为典型的n型半导体氧化物具有电阻相对较低、易于合成、环保的特点，被广泛用于气体传感器材料。导电聚苯胺(PANI)具有高导电性、易于合成、成本低廉和环境稳定性好而受到广泛关注，被认为是柔性气体传感器的最佳候选材料。PANI是一种特殊的通过氢离子传导的p型敏感材料，通过与NH₃接触使自由氢离子减少而电阻增加，将气体浓度的变化转变为可检测的电信号。而且p-n异质结的形成极大的提高了材料的灵敏度。基于此，开展有机-无机复合的NH₃传感器的设计和制备，对于扩大气体传感器的应用具有十分重要的科学意义。本发明使用Au-In₂O₃与聚苯胺复合材料作为纳米敏感材料开发出的柔性传感器，可以在室温下对NH₃表现出较高的灵敏度。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于PANI@Au-In₂O₃纳米敏感材料的NH₃传感器、制备方法及其在大气环境中室温下检测NH₃方面的应用。该传感器可以在大气环境中室温检测NH₃。本发明通过制备Au-In₂O₃纳米敏感材料并与有机高分子PANI原位聚合，提高传感器的灵敏度，提高传感器的响应恢复速率，使传感器可以在室温进行检测，促进此传感器在气敏检测领域中的实用化。