[发明专利]一种聚苯胺碳化法制备高性能气敏传感器的方法

说明书

本发明涉及一种将基于盐酸掺杂聚苯胺纳米粉末碳化后的气体传感器阵列的制备方法。该方法中涉及的装置是由4个传感器、陶瓷基底和8个电极组成，简单的利用碳化不同的时间造成半导体P、N型的变化，并由此引起各传感器间检测性能的差异，并大大提高了气体传感器的灵敏度。采用雷达指纹图谱的数据处理方法，在室温下（25℃）可实现对氨水、甲醛、乙醇和水蒸气的快速（27秒）识别检测，弥补了传统聚苯胺传感器敏感度低和恢复时间长的缺点。本发明所涉及的传感器阵列制备方法简单，具有在室温下进行非接触式识别检测的优点，极大的增强了传感器阵列的实用性。

技术领域

本发明涉及有毒气体检测领域，特别是涉及一种可识别性检测有毒气氛的方法，该方法通过将聚苯胺直接碳化来改善其气敏传感特性，实现对多种目标气体的差异性响应。

背景技术

近年来我国社会经济持续发展，农业矿物资源消耗持续增加，与此同时也产生了大量的有毒有害气体，但我国的环境保护起步较晚，环境保护意识水平不高，因此人们日常生活和生产工作的环境也越发恶劣，大气污染越发严重。洁净的大气环境是人们生存的最重要条件之一，是保证人们正常生活和健康的必要条件。有毒气体会通过各种途径侵入人体，引发各种疾病，危害身体健康。例如通过与皮肤等的直接接触，通过呼吸系统侵入人体以及污染的食物通过消化系统侵入人体等。空气污染形势的日益严峻，引起了公众及国家的高度关注，因此国家也发布了一系列的法律法规来预防和治理空气污染。日常生活中家庭装修及家具和汽车内饰等释放的甲醛、苯系物等有害气体的检测，以及工业生产过程中各种有害气体泄漏的检测和爆炸事故现场有毒有害气体的实时监测等成为很重要的研究课题。比如对氨水，甲醛和乙醇等实现各种现场的污染气体的高效预警和实时监测，也是环境保护的基础工作。因此，我们致力于找到一种低成本，高响应，环保的气体检测传感器去检测各种有毒有害气体。氨水和甲醛对人身体健康危害较大。甲醛是一种有毒性气体，它无色，易溶于水，具有刺激性气味。甲醛在日常生活中无处不在，它经常存在于家具，衣服和工业生产中。吸入甲醛气体会使眼睛，喉咙有灼热感甚至呼吸困难。当甲醛浓度过高并且长时间吸入时，会导致更严重的肺部疾病，甚至患癌症。早在2017年10月27日，甲醛就出现在世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单中。氨对地球上的生物相当重要，它是许多食物和肥料的重要成分，也是所有药物直接或间接的组成。氨有很广泛的用途，但同时也具有很多危险性质，氨气是一种有毒气体，氨气气体的吸入也会危害身体健康，当吸入高浓度氨气时会引起气管、支气管粘膜损伤甚至肺气肿。氨也是制造硝酸、化肥、炸药的重要原料，因其具有很强的爆炸性，有很大可能被用于恐怖袭击。因此氨气这种高毒性气体的检测与实时监控在工业，农业，医疗领域，甚至是社会安全隐患排查领域都是非常重要的，所以我们急切的需要制造出更符合实际情况，更经济有效的气体传感器来检测这些气体。

近年来，基于电阻型气敏传感器的衡量检测技术快速发展，为气体检测提供了新的思路和方法。掺杂过的聚苯胺一般常用于检测强酸强碱气体，且碳化前聚苯胺导电性能比较差，而高选择性和低功耗是衡量电阻型气敏传感器性能的两项重要指标，碳化后的聚苯胺有更高的选择性和灵敏度，从而实现室温下对除强酸强碱类气体的识别性检测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于盐酸掺杂聚苯胺碳化后纳米粉末的气体传感器阵列的制备方法。该方法中涉及的装置是由4个传感器、陶瓷基底和8个电极组成，简单的利用碳化不同的时间造成表面态和电子耗尽层的变化，并由此引起各传感器间检测性能的差异，采用雷达指纹图谱的数据处理方法，在室温下（25 ℃）可实现对氨水，甲醛，乙醇和水蒸气的识别检测。

本发明所述是一种将基于盐酸掺杂聚苯胺碳化后纳米粉末的气体传感器阵列的制备方法，具体操作按下列步骤进行：

气敏材料的制备：

a、 按摩尔比5:16将过硫酸铵和盐酸溶解于25 mL去离子水中；

b、 将5mL的苯胺溶解于400mL的去离子水中，进而将步骤a得到的溶液缓慢滴入其中，在25℃，避光条件下搅拌19h；得到的溶液使用去离子水超声，离心分离6次；