[发明专利]一种检测低浓度氨气的纯钛材料涂层传感器及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及涂层材料领域，公开一种检测低浓度氨气的纯钛材料涂层传感器及其制备方法和应用。本发明所述传感器包括纯钛材料、微弧氧化涂层和电极；所述微弧氧化涂层经硅酸钠、三水合锡酸钠和醋酸锌电解液微弧氧化设置在所述纯钛材料表面，所述电极设置在所述微弧氧化涂层上。本发明通过硅酸钠、醋酸锌和三水合锡酸钠的复合电解液进行微弧氧化，在纯钛材料表面形成能够应用于高湿度环境下对低浓度氨气检测的SnO₂/TiO₂涂层，通过设置电极并利用氧气吸附‑解吸原理检测，相较于常规气体对氨气表现出极优异的灵敏度和选择性，因此能够有效、实时、简便的对氨气进行检测。

技术领域

本发明涉及涂层材料领域，具体涉及一种检测低浓度氨气的纯钛材料涂层传感器及其制备方法和应用。

背景技术

氨气(NH₃)是一种有害气体，NH₃检测在农业、工业、安全和人类日常生活中具有重要意义。其中，存在于人体呼出气体中的NH₃作为一种潜在的诊断生物标志物，可用于多种类型的肾脏疾病和肝炎，在呼吸测试中变得越来越重要。例如，终末期肾病(ESRD)患者呼出的NH₃浓度(平均4.88ppm，范围0.82-14.7ppm)比健康人(平均0.96ppm，范围0.425-1.8ppm)高几倍，同时，肝硬化患者呼出的氨气浓度(0.745ppm)明显高于健康人(0.278ppm)。然而，目前实现氨气的有效检测依然存在挑战，如检测以大量水蒸气为特征的环境条件，以及实现廉价、便携的设备。

本发明前期研究成果提供了一种检测氨气的纯钛材料涂层，但经过本发明研究发现，其对高湿度环境中低浓度NH₃的检测中，灵敏度响应较差，而高湿、低浓度这正是临床呼吸测试NH₃的特点之一。因此，迫切需要对高湿度环境中低浓度NH₃进行稳定和有效的检测。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种检测低浓度氨气纯钛材料涂层传感器，使其能够在高湿度环境下对低浓度NH₃有高灵敏度响应，并对CO₂及其他VOC气体具有优异选择性；

本发明的另外一个目的在于提供上述传感器的制备方法和其在检测低浓度氨气以及制备检测低浓度氨气产品中的应用。

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本发明提供了为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题的方法，作为本发明的第一个方面，提供了一种检测低浓度氨气的纯钛材料复合涂层传感器，包括纯钛材料、微弧氧化涂层和电极；所述微弧氧化涂层经硅酸钠、三水合锡酸钠和醋酸锌电解液微弧氧化设置在所述纯钛材料表面，所述电极设置在所述微弧氧化涂层上。

可选地，所述纯钛材料包括TA1～TA4工业纯钛材料。

可选地，所述电极为叉指电极。

可选地，所述电解液中硅酸钠浓度为5～8g/L，醋酸锌的浓度为1.5～2.5g/L，三水合锡酸钠浓度为0.5～1.5g/L。

作为本发明的第二个方面，基于本发明所述传感器在检测低浓度氨气时表现出的高灵敏性和选择性的优异性能，本发明提供所述传感器在检测低浓度氨气或在制备检测低浓度氨气产品中的应用。其中，所述低浓度氨气包括0.1～20ppm的氨气。

作为本发明的第三个方面，提供了所述传感器的制备方法，包括：

步骤1、纯钛材料进行打磨、除油和清洗的预处理；

步骤2、预处理后的纯钛材料在硅酸钠、三水合锡酸钠和醋酸锌电解液中进行微弧氧化，形成微弧氧化涂层；

步骤3、在所述微弧氧化涂层上设置电极，获得所述传感器。