[发明专利]一种基于层状碳纳米片的酒精水凝胶传感设备及其方法

说明书

本发明涉及一种基于层状碳纳米片的酒精水凝胶传感设备，该酒精水凝胶传感设备包括电解质栅控石墨烯晶体管和水凝胶，所述电解质栅控石墨烯晶体管固定安装于水凝胶中；所述电解质栅控石墨烯晶体管包括玻璃基底、三个金属电极、单层石墨烯和层状碳纳米片，所述层状碳纳米片为小球藻衍生的层状碳纳米片；所述水凝胶由乙醇氧化酶和聚丙烯酰胺聚合制成。本发明基于电解质栅控石墨烯晶体管的电化学检测平台结合小球藻衍生的层状碳纳米片和酒精氧化酶功能化的水凝胶对于饮酒情况进行快速实时的检测，并以呼气中所测得的酒精含量为主要的指标来预测评估是否酒驾的真实情况，具备工作电压低，便携，快速实时，低成本，易制作等的优点。

技术领域

本发明属于酒精检测技术领域，具体涉及一种基于层状碳纳米片的酒精水凝胶传感设备及其方法。

背景技术

近几十年来，因酒后驾驶引起的恶性交通事故屡有发生，引起人们的高度关注和恐慌。根据世界卫生组织的事故调查，约有50％-60％的交通事故与酒后驾车有关，并且已被列为车祸致死的主要原因。因此，为了减少事故的发生，检查工作已成为禁止酒后驾车的重要组成部分。

血液酒精浓度(BAC)测试是目前唯一正式确定和应用的酒精检测方法。然而，在实际的酒后驾驶测试中，现场采血通常是不现实的，这很耗时，并且其需要复杂的样品处理及专业的仪器设备。并且它是非实时性的，不能快速的得出结论。

对此，便携式酒精呼气检测仪应运而生，该酒精测试仪实际上是由酒精气体传感器(相当于随酒精气体浓度变化的变阻器)与一个定值电阻及一个电压表或电流表组成，酒精气体传感器的电阻值随酒精气体浓度的增大而减小，如果驾驶员呼出的酒精气体浓度越大，那么测试仪的电压表示数越大。

迄今为止，酒精气体传感器有半导体型气体传感器、单根纳米线/纳米棒棒型、场效应晶体管型、纳米阵列型气体传感器等多种类型，但是这些传感器还存在灵敏度低、成本高、制作难度大以及检测速度较慢等不足。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种结构简单，设计合理的一种基于层状碳纳米片的酒精水凝胶传感设备及其方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种基于层状碳纳米片的酒精水凝胶传感设备，包括电解质栅控石墨烯晶体管和水凝胶，所述电解质栅控石墨烯晶体管固定安装于水凝胶中；

所述电解质栅控石墨烯晶体管包括玻璃基底、三个金属电极、单层石墨烯和层状碳纳米片，三个金属电极分别为源极、漏极和栅极，三个金属电极均沉积在玻璃基底上，所述单层石墨烯设置于源极和漏极之间的石墨烯沟道上，所述层状碳纳米片修饰于栅极上，所述层状碳纳米片为小球藻衍生的层状碳纳米片；

所述水凝胶由乙醇氧化酶和聚丙烯酰胺聚合制成。

作为本发明的进一步优化方案，该设备通过Labview软件控制的两个Keithley数字源表2400进行实时电流监测。

作为本发明的进一步优化方案，所述电解质栅控石墨烯晶体管采用防水胶封装，所述电解质栅控石墨烯晶体管半嵌入水凝胶中，所述单层石墨烯和层状碳纳米片全嵌入水凝胶中。

作为本发明的进一步优化方案，三个金属电极为图案化电极，该图案化电极包括金层和铬层，所述金层覆盖于铬层外表面。

一种基于层状碳纳米片的酒精水凝胶传感设备的制作方法，包括以下步骤：

S1、基底的制作：采用玻璃片作为玻璃基底，将玻璃基底超声清洗；

S2、图案化电极的制作：用氮气将玻璃基底吹干后，用胶带将其固定在掩膜板上，利用磁控溅射在玻璃基底沉积上图案化的铬/金电极，先沉积铬层，再沉积金层，铬层的作用主要是为了增加金与玻璃基底的粘附性，避免金电极出现脱落破损；