[发明专利]一种PVDF/PANI复合柔性氨气传感器及其制备方法

说明书

本发明公开的PVDF/PANI复合柔性氨气传感器包括聚偏二氟乙烯多孔膜层、聚苯胺层和叉指电极层，聚苯胺层原位复合于聚偏二氟乙烯多孔膜层的表面，叉指电极层沉积于聚苯胺层的表面。该氨气传感器的制备方法，通过原位生长法在聚偏二氟乙烯多孔膜层的表面复合得到聚苯胺层，通过丝网印刷、喷墨打印或溅射在聚苯胺层的表面沉积导电材料得到叉指电极层。该氨气传感器灵敏度高，对低浓度氨气具有较好的响应，适于在室温下对氨气进行高灵敏的检测，其室温下对氨气的检测限达到了100ppb，同时具有高稳定性、高选择性和响应时间短等优势；该氨气传感器的制备方法步骤简单，成本低廉，反应条件温和，可控性好，有利于大规模工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种气体传感器及其制备方法，具体涉及一种PVDF/PANI复合柔性氨气传感器及其制备方法，属于气体检测技术领域。

背景技术

发展高性能柔性室温气体传感器，对环境检测、人体健康预警以及军事国防等领域具有重要的意义。如低浓度的氨气对眼睛和潮湿的皮肤能迅速产生刺激作用，氨气浓度过高（25 ppm）时则会对人体呼吸器官产生很大的损伤。医学研究发现，正常人体呼出的氨气浓度低于500ppb，而患有肾衰竭或胃癌等疾病的人体呼出的气体中氨气浓度会大于1ppm，因此通过检测分析人体呼出气体中氨气浓度，可以初步实现人体相关疾病的前期预警和无损诊断。

由于人体呼吸气体中反映人体健康状况的相关气体一般具有低浓度和成分复杂的因素，因此对用于人体健康状况预警的气体传感器有高灵敏度和高选择性的要求。另外，为达到工业化生产的目的，此类传感器也要求同时具有高稳定性、低成本、制造简单、可大规模制造等优点。再者，在产品的实际应用中，一般要求可柔性化、低温工作、低功耗、小型化、集成化、无线化等。

当前有关氨气检测的敏感材料一般分为四类：金属氧化物、碳管、石墨烯和有机聚合物。其中金属氧化物材料是现在气体检测的常规气敏材料，但是金属氧化物一般需要非常高的工作温度，因此功耗较大，且其探测的浓度大都在ppm级别以上，不适合应用于人体呼吸气体检测方面的可穿戴设备。而碳管和石墨烯材料一般具有灵敏度较低、选择性较差等缺点。而有机聚合物因具有可室温工作、灵敏度高、制造方法简单、稳定性好等优点，是现在氨气检测方面的重要研究材料。但是一般有机聚合物如聚苯胺，制造传感器的方式是将粉末溶于有机溶剂中（如六氟异丙醇、氮甲基吡咯烷酮），然后通过滴涂或旋涂等方式覆盖于电极上。此类方法制造的传感器具有灵敏度较小、稳定性差等缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种PVDF/PANI复合柔性氨气传感器及其制备方法，该氨气传感器灵敏度高，对低浓度氨气具有较好的响应，适于在室温下对氨气进行高灵敏的检测，其室温下对氨气的检测限达到了100ppb，同时具有高稳定性、高选择性和响应时间短等优势；该氨气传感器的制备方法步骤简单，成本低廉，反应条件温和，可控性好，有利于大规模工业化生产。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种PVDF/PANI复合柔性氨气传感器，包括聚偏二氟乙烯多孔膜层、聚苯胺层和叉指电极层，所述的聚苯胺层原位复合于所述的聚偏二氟乙烯多孔膜层的表面，所述的叉指电极层沉积于所述的聚苯胺层的表面。

作为优选，所述的聚偏二氟乙烯多孔膜层的厚度为20～100um，所述的聚苯胺层的厚度为10～1000nm。

一种上述PVDF/PANI复合柔性氨气传感器的制备方法，通过原位生长法在所述的聚偏二氟乙烯多孔膜层的表面复合得到所述的聚苯胺层，通过丝网印刷、喷墨打印或溅射在所述的聚苯胺层的表面沉积导电材料得到所述的叉指电极层。

作为优选，所述的导电材料为导电银浆、银导电墨水或铜导电墨水。

作为优选，上述PVDF/PANI复合柔性氨气传感器的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）将聚偏二氟乙烯多孔膜分别在丙酮和乙醇中超声清洗15～20分钟，之后在50～150℃温度下热处理10～100分钟；