[发明专利]一种埃洛石纳米管形貌修饰聚合物气体传感器及制备方法

说明书

本发明公开了一种埃洛石纳米管形貌修饰聚合物气体传感器及制备方法，属于气体传感器领域。本发明传感器包括基底、叉指电极、气敏薄膜，其中气敏薄膜为埃洛石纳米管形貌修饰后的聚合物薄膜。本发明通过天然不导电且无气敏响应的埃洛石对聚合物进行形貌修饰，排除了传统聚合物基气敏传感器形成的PN异质结或肖特基势垒对气敏性能影响的不确定性，具备良好的传感器批次制备能力与实用性；同时，由于埃洛石为天然材料，还具有制造成本低、绿色无污染的优势。

技术领域

本发明属于气体传感器领域，具体涉及一种埃洛石纳米管形貌修饰聚合物气体传感器及制备方法。

背景技术

随着人们环保意识的提高，环境问题逐渐受到社会各界的重视，成为影响人民生活幸福的重要因素。气体传感器作为环境监测最基础的部分，变得越来越重要，气体传感器的性能直接决定了环境监测的准确性和时效性等。

在气体传感器中，电阻式气体传感器具有高灵敏度和准确性、实时响应、成本低、无需人工操作等优点而得到广泛应用。为了提升电阻式气体传感器的气敏性能，研究者一方面将不同材料进行复合，构建异质结提升传感器的响应和灵敏度；另一方面通过对敏感材料形貌进行修饰来提升性能，但在进行形貌修饰的时候往往难以避开异质结的存在，因此无法确定在传感器性能的提升中，异质结和形貌修饰分别贡献多少作用，这对传感器的批次制备能力产生了较大的影响。如中国专利201510505772.5公开了一种聚苯胺/氧化锌纳米复合电阻型材料传感器及其制备方法，该器件在陶瓷基底上通过水热的方法生长了一层纳米结构的氧化锌，之后通过浸涂在氧化锌上涂上一层聚苯胺。纳米片状的氧化锌增加了聚苯胺的比表面积和活性位点，以此提升传感器的性能；但氧化锌是一种n型半导体，与聚苯胺复合后形成PN异质结，无法确定性能的提升是因为形貌修饰还是异质结的作用。又如中国专利201310720149.2公开了氧化锌/聚吡咯纳米复合电阻型薄膜气体传感器，该传感器在陶瓷衬底上制备一层氧化锌/聚吡咯，由于纳米复合物具有大的比表面积，有利于气体的吸附扩散；但是氧化石墨烯在对氧化锌的形貌进行修饰的同时，与氧化锌构成了异质结，同样无法确定性能的提升是因为形貌修饰还是异质结的作用。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种埃洛石纳米管形貌修饰聚合物气体传感器及制备方法，通过天然不导电且无气敏响应的埃洛石对聚合物进行形貌修饰，排除了传统聚合物基气敏传感器形成的PN异质结或肖特基势垒对气敏性能影响的不确定性，具备良好的传感器批次制备能力与实用性。同时，由于埃洛石为天然材料，还具有制造成本低、绿色无污染的优势。

一种埃洛石形貌修饰聚合物气体传感器，包括基底、叉指电极、气敏薄膜；所述叉指电极沉积于基底上表面，所述气敏薄膜沉积于基底和叉指电极的上表面，其特征在于：所述气敏薄膜为埃洛石纳米管形貌修饰后的聚合物薄膜。

进一步地，所述基底为聚酰亚胺基底、硅基底、聚对苯二甲酸乙二醇酯基底；所述叉指电极的材料为金、银、铜。

进一步地，所述叉指电极的制备方式为热蒸发或喷墨打印。

进一步地，所述聚合物薄膜为可聚合生长的有机聚合物薄膜，如聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚己噻吩、PEDOT:PSS等。

进一步地，所述气敏薄膜的制备方式为化学氧化聚合或电化学氧化聚合。

进一步地，所述气敏薄膜的厚度为100-500nm。

上述一种埃洛石形貌修饰聚合物气体传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：清洗基底，然后在干燥的基底表面制备叉指电极。

步骤2：在带有叉指电极的基底表面制备埃洛石形貌修饰的气敏薄膜。

步骤2-1：将步骤1制备的沉积有叉指电极的基底依次采用聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液、聚苯乙烯磺酸钠溶液进行预处理，然后干燥器件备用。