[发明专利]一种常温乙醇气体传感器及其在原位检测系统中的应用

说明书

本发明公开了一种常温乙醇气体传感器及其在原位检测系统中的应用，属于柔性电阻型气体传感器技术领域，包括：由基底、位于基底上的平行的电极及涂覆在平行电极中间的敏感材料组成，其中，所述的敏感材料为多壁碳纳米管/聚苯胺复合材料。所述的原位检测系统包括电源、本发明的常温乙醇气体传感器、信号过滤器、单片机、蓝牙及手机客户端。本发明采用的敏感材料的制备方法简单、环保且成本低，制备过程均在低温下进行；该器件可对气态乙醇浓度进行常温监测，对乙醇的响应灵敏度高，常温响应速度快。所述的气体传感器的原位检测系统可以做成手表手环佩戴在手腕上，信号数据可以在手机客户端上实时显示，对于个人酒驾实时检测提供便利条件。

技术领域

本发明属于柔性电阻型气体传感器技术领域，具体涉及一种乙醇气体传感器及其在原位检测系统中的应用。

背景技术

随着工业化的飞速发展，人类在生产生活中产生了不同类型的气体，其中不乏一些有毒有害的气体。乙醇作为一种重要的有机溶剂，在工业、医药、纸巾、香水及化妆品的合成等方面有广泛的应用。同时，乙醇也是食物和药品的主要成分，一直以来，过度饮酒造成危及生命安全的事故屡见不鲜。因此，开发研制一种便携式乙醇传感器是十分有意义的。基于柔性气体传感器技术可任意移动、弯曲、压缩而保持良好的传感性能，可编制或组装在衣物、辅助设备或者日用品上，这样气体浓度的信息就可以不间断、随时随地地获取，使人们能够在饮酒后通过向可穿戴的乙醇气体传感器哈气，及时了解体内酒精的含量，预防酒驾，减少安全事故的发生，为安全驾驶提供可靠保障。

然而，现有的乙醇气体传感器还有两个缺点：1、现有传感器大多基于硅片、陶瓷灯等刚性基底，这类传感器普遍存在不可弯折、体积庞大等缺点，严重阻碍了气体传感器的可穿戴化进展；2、乙醇气体传感器的材料大多都基于金属氧化物，如二氧化锡等。虽然金属氧化物对乙醇的灵敏度较高，但是需要在高温条件下才能正常工作，这使得传感器还需要一个加热装置辅助其实现监测功能。加热装置既会使传感单元的体积变大，质量变重，而且高温装置不适合作为可穿戴的设备直接与人体接触。

此外，作为一个独立的可穿戴乙醇检测系统，除了需要传感单元，还需要信号采集处理与显示单元。为了实现可穿戴一体化的气体传感与显示功能，信号采集单元的电路板也需要具备体积小、柔性的特点。但是现有的可采集处理及传输传感器两端电流信号变化的电路板质量较重，体积也较大，难以满足可穿戴设备的需求。

为此，需要发明出一种既具有柔性、灵敏度高、响应速度快、稳定性良好等特性，同时又能够实时连续输出未知乙醇气体浓度的可穿戴常温气体传感器及原位检测系统。

发明内容

本发明针对上述问题，提供了一种灵敏度高、响应速度快的柔性常温电阻型乙醇传感器及其在原位检测系统中的应用，用手机客户端对气体浓度进行实时监测。该器件利用一种多壁碳纳米管/聚苯胺复合材料为传感器的敏感层，通过感知乙醇浓度的变化表现为自身电阻的变化，进而用于酒驾检测。

本发明通过如下技术方案实现：

一种常温乙醇气体传感器，包括：由基底、位于基底上的2个平行的电极及涂覆在2个平行电极中间的敏感材料组成，其中，所述的敏感材料为多壁碳纳米管/聚苯胺复合材料。

进一步地，所述的多壁碳纳米管/聚苯胺复合材料，通过如下方法制备得到，具体步骤如下：

首先，将多壁碳纳米管与苯胺单体按照1：2的质量比加入到1M/L中高氯酸溶液中，0℃下搅拌30分钟；然后，向上述溶液中以体积比3:1滴加密度为6*10^-3kg/L的过硫酸铵溶液，将混合溶液在0℃条件下搅拌24小时，聚合后的聚苯胺纳米棒阵列均匀地生长在碳纳米管上；最后，将得到的多壁碳纳米管@聚苯胺纳米复合材料，分别用去离子水、甲醇和乙醇洗涤，洗涤之后的纳米材料在60℃真空干燥24小时。

进一步地，所述的多壁碳纳米管与苯胺单体的混合液与高氯酸溶液的体积比为1：5。