[发明专利]一种近红外光增益气体传感薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种近红外光增益气体传感薄膜及其制备方法和应用，该近红外光增益气体传感薄膜包括气敏传感材料层和设于气敏传感材料层的表面的上转换纳米颗粒层；上转换纳米颗粒层的材料为聚电解质修饰的上转换纳米颗粒；气敏传感材料层的材料为具有光催化活性的气敏传感材料，光催化活性的激发光为紫外光、可见光中的至少一种。本发明近红外光增益气体传感薄膜通过以上上转换纳米颗粒层的引入，可将气敏传感材料层的光催化活化气敏的光源扩宽到近红外区，以利用波长较长、穿透能力大且对身体无害的近红外光催化活化气体传感，并且可降低检测限，显著提高敏感度。

技术领域

本发明涉及气敏材料技术领域，尤其是涉及一种近红外光增益气体传感薄膜及其制备方法和应用，具体涉及一种近红外光增益气体传感薄膜及其制备方法、气敏电极和传感器。

背景技术

气敏传感器目前已经广泛应用于环境监测、航空航天以及人体呼出气体疾病诊断等方面。目前市场上的气体传感器大都是利用金属氧化物在高温下(100～400℃)进行检测，存在不稳定、能耗大、寿命短以及在某些应用场合存在不安全性等。光催化活化气体传感是一种实现室温下检测目标气体的有效方法。光催化活化的原理是在特定波长的光激发下，传感材料吸收光产生光生载流子，其中光生电子能与预先吸附在传感材料表面的氧气发生反应生成活性氧物种，当传感材料处于目标气体环境中时候，目标分子与传感材料表面的活性氧物种作用并发生电子转移。这些电信号输出外电路后得到相应的气体传感信号。

目前，由于传感材料本身宽带隙的限制，常用的光催化活化气体传感激发波长基本处于紫外光和可见光区。其中，紫外光能量消耗较大，且对身体会产生危害，进而有研究者利用杂原子掺杂、光敏剂和构建特殊纳米结构等手段来实现可见光下的光催化活化气体传感，但可见光能量较弱，传感材料的综合气敏性能提升有限。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种近红外光增益气体传感薄膜及其制备方法和应用。

本发明的第一方面，提出了一种近红外光增益气体传感薄膜，包括层叠设置的气敏传感材料层和上转换纳米颗粒层；所述上转换纳米颗粒层的材料为聚电解质修饰的上转换纳米颗粒；所述气敏传感材料层的材料为具有光催化活性的气敏传感材料，所述光催化活性的激发光为紫外光、可见光中的至少一种。

根据本发明实施例的近红外光增益气体传感薄膜，至少具有以下有益效果：该近红外光增益气体传感薄膜通过在气敏传感材料层的基础上设置上转换纳米颗粒层，其可在低能的近红外光激发下发射出高能的紫外光或可见光，而气敏传感材料层的吸收光谱能够与上转换纳米颗粒层的发射光谱很好地重叠，两层体贴合设置，两者之间可发生能量传递，使得上转换纳米颗粒层在近红外光照射下产生的紫外光或可见光可通过辐射能量传递和/或非辐射能量传递被气敏传感材料层吸收，气敏传感材料受能量激发后可与预先吸附在材料表面的氧气作用产生活性氧物种，从而实现近红外光激发下的气敏增强。由上，通过以上上转换纳米颗粒层的引入，可将气敏传感材料层的光催化活化气敏的光源扩宽到近红外区，以利用波长较长、穿透能力大且对身体无害的近红外光催化活化气体传感，并且可降低检测限，提高敏感度。

以上近红外光增益气体传感薄膜中气敏传感材料层和上转换纳米颗粒层可在制备过程中通过旋涂静电自组装结合到一起。