[发明专利]一种超疏水可拉伸纸基气体温度传感器及其制备方法

说明书

本发明公开一种超疏水可拉伸纸基气体温度传感器及其制备方法。通过在纸张上制备多层石墨烯，利用激光切割技术制备具有狭缝的可拉伸传感器结构，最后利用浸泡疏水气相二氧化硅使纸张具备超疏水封装层，制备一次性的气体‑温度多功能传感器。该制备方法无需复杂的加工工艺和特殊环境，所得传感器在室温下表现出对二氧化氮～10.5‰的大响应量，162/534s的快速响应/恢复时间，以及6ppb的超低检测限，且在应变状态下仍能保持良好的气体响应；还可以在15‑120℃的宽温度范围内保持线性响应和低温度检测限(0.5℃)。由于其超疏水、可拉伸、多功能传感的性能以及绿色、环保、价格低廉的特性，在智能穿戴、一次性设备等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于传感器制备技术领域，具体涉及一种超疏水可拉伸纸基气体温度传感器及其制备方法。

背景技术

二氧化氮(NO₂)是指高温下棕红色有毒气体。NO₂被人体吸入后，对肺组织具有强烈的刺激性和腐蚀性，甚至出现肺水肿，会对人体健康产生很大的危害。如果有一种可以随身携带检测NO₂的传感器，将会很大程度上减少这种情况的发生。现有的柔性可穿戴NO₂传感器通常依赖于基于洁净室的制造技术和/或不可生物降解的聚合物支撑基板(例如，聚酰亚胺[PI]、聚对苯二甲酸乙二醇酯[PET]和有机硅弹性体)。有机基板难以降解，会导致电子污染，不利于其长久发展。另一方面，传感材料与有机基板之间的弱亲和力往往导致传感材料在使用过程中发生脱落。变形过程，极大地限制了它们的耐用性。此外，下一代可穿戴电子产品应该对皮肤友好(例如透气)、一次性使用，以最大限度地减少炎症和感染的风险。作为一种灵活、低成本、轻便、可定制、环保、可降解和可再生的材料，纸有望成为一次性多功能传感器的有利材料。

专利CN 108680610 A公开了“基于MoS₂-PbS复合材料的室温NO₂气体传感器及其制备方法”，其响应速率快，识别率高，检测效果明显。但其采用的氧化铝陶瓷基底，不具备柔性特性。专利CN 109884139 A公开了“金属卟啉/碳纳米管纸柔性气体传感器的制备方法”，其基底采用了柔性纸基底，使得传感器具有了较好的柔性特性。但其涉及真空抽滤，制备工艺极其复杂，且制备出的纸基气体传感器不具备拉伸性能和疏水性能，限制了其发展应用。专利CN 111189383 A公开了“一种超疏水纸基应变传感器及其制备方法”，其利用二氧化硅纳米粒子与聚二甲基硅氧烷制备疏水层制备纸基应变传感器，但是目前还缺少一种利用二氧化硅制备超疏水气体-温度传感器的方法。

发明内容

考虑到上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种超疏水可拉伸纸基多功能传感器及制备方法，该传感器能同时具有二氧化氮气体传感及温度传感功能，且检测灵敏。此外，该纸基传感器在拉伸和弯曲状态均表现出优秀的气体响应性能，其制备方法简单、绿色环保，适宜推广。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种超疏水可拉伸纸基气体温度传感器，所述传感器是在纸基底上制备石墨烯后，利用激光切割技术对其切割制备出具有狭缝的可拉伸结构，之后在可拉伸结构两端制作电极片，最后采用疏水材料进行封装制得，所述传感器能同时实现对二氧化氮气体传感及温度传感。

上述技术方案中，进一步地，所述传感器的二氧化氮气体的检测限浓度为6ppb，温度检测精度为0.5℃。

所述超疏水可拉伸纸基气体温度传感器的制备方法，包括如下：

步骤1、在纸基底上制备多层石墨烯，得到导电纸；

步骤2、对得到的导电纸进行激光切割，制备具有狭缝的可拉伸结构，从而形成传感器结构；

步骤3、将制得的传感器结构浸泡于无水乙醇中，取出干燥后，在传感器结构两端粘贴电极片；