[發明專利]石墨烯/聚二丁炔復合薄膜的制備方法及應用復合薄膜定量檢測氣體有機物的方法

無效

• 申請號: 201310049642.6
• 申請日: 2013-02-07
• 公開（公告）號: CN103091318A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 胡平安;王曉娜;張甲;馮偉;王立峰;楊彬;曹文武
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N21/78
• 分類號: G01N21/78
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 王艷萍

技術領域

本發明涉及一種復合薄膜的制備方法及檢測氣體有機物的方法。

背景技術

PDA是一種π共軛有機物，它能夠通過紫外照射其單體而得到。當受到外界刺激時，例如溫度、溶劑、配合基反應、機械壓力等，PDA分子能發生明顯的藍色到紅色的顏色變化。這些顏色的變化能夠很容易的通過紫外-可見光譜、熒光光譜或者是肉眼觀察到。因此PDA被認為是制備簡單、方便的顏色傳感器的理想材料。有毒揮發物有機氣體能夠對生物物種以及人類健康造成很大的威脅。目前對于這種氣體的檢測技術主要包括液相或者氣相色譜分析法，金屬氧化物傳感器，金屬-有機物傳感器，表面聲波等。這些方法存在很大缺點，包括高的成本，繁瑣的分析過程，復雜的制備過程。為了獲得輕便的、有效的分析工具，很多研究人員把目光聚集在PDA基顏色傳感器上。

目前已經有很多關于PDA材料在傳感器方面的應用的報道。他們主要利用PDA液相懸浮液或者LB(LS)膜檢測有毒揮發性氣體。有些研究人員為了克服溶液傳感器或者LB(LS)膜傳感器的缺點和不足，發展了PDA與有機物復合纖維，例如PDA/PVA，PDA/PVP等材料。盡管這些技術不斷地進步，但是所制備的復合材料靈敏度差。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術制備的復合材料靈敏度差的技術問題，提供了一種石墨烯/聚二丁炔復合薄膜的制備方法及應用復合薄膜定量檢測氣體有機物的方法。

石墨烯/聚二丁炔復合薄膜的制備方法如下：

一、將粒度為80～200目的可膨脹石墨放入瓷舟中，并將瓷舟置于管式爐反應區，在氫氣與氬氣氣體流量比1∶9、常壓、1000℃的條件下反應2min，得到石墨；

二、將石墨加入到二甲基甲酰胺中超聲分散60min，得到濃度為0.1g/L的溶液，然后將濃度為0.1g/L的溶液在1000rpm條件下離心90min，收集上清液；

三、將聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜分別用丙酮和乙醇超聲20min，再干燥30min，然后將上清液滴到經過上述方法處理的聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜上，真空干燥20min，得到石墨烯薄膜；

四、10，12-二十五二炔酸溶解在氯仿中，然后采用PTFE膜進行過濾，得到無色溶液，將無色溶液在避光的條件下放置24h后，得到10，12-二十五二炔酸固體；

五、將10，12-二十五二炔酸固體溶解在氯仿中，得到濃度為1mg/ml的10，12-二十五二炔酸的氯仿溶液；

六、將石墨烯薄膜浸泡在濃度為1mg/ml的10，12-二十五二炔酸的氯仿溶液中，然后在避光的條件下反應24h，再用紫外燈照射5min，即得石墨烯/聚二丁炔復合薄膜。

本發明將自組裝技術引入石墨烯/聚二丁炔(PDA)復合薄膜的制備過程中，以石墨烯作為透明的支撐基底，與PDA薄膜傳感器相比，傳感器的靈敏度得到有效地提高。該方法充分發揮了自組裝技術與石墨烯材料二者的優點，制備的石墨烯/聚二丁炔復合薄膜傳感器成本低，性能好。

同時，根據計算的CR數據與模擬的CR數據得到其與氣體濃度的公式：CR＝BlnN+C，在這個公式中B和C是依賴于被檢測氣體類型的常量。這個公式也能被應用于其他的PDA傳感器。

本發明具有如下優點：一、本發明提供的方法與溶液法或LB(LS)法相比，工藝簡單，成本低廉，對儀器設備要求較小；二、本發明制備的石墨烯/聚二丁炔復合薄膜傳感器的尺寸和厚度可以根據需要自由控制；三、本發明因為采用的自組裝技術，因此制備方法簡單，可實現大規模集成生產，且薄膜傳感器的形狀和大小可以根據實際應用隨意改變；四、與傳統的PDA薄膜傳感器相比，本發明中制備的石墨烯/PDA復合薄膜用于檢測有毒揮發性氣體的靈敏度有了明顯的提高；五、本發明制備的石墨烯層數為2～5層，且透過率在藍光區達到82％，在紅光區達到76.9％。如此高的透過率，使傳感器與有毒揮發性氣體反應后，有利于傳感器呈現顏色信號，且通過這種方法制備的石墨烯分散性很好，并且靈敏度高，為制備石墨烯/PDA薄膜傳感器提供高質量的基底材料；六、本發明推導出CR數據與氣體濃度N的關系公式：CR＝BlnN+C，這個公式同樣適用于其他的PDA傳感器。

附圖說明

圖1是實驗一中剝離石墨烯薄膜的掃描電子顯微照片；

圖2是實驗一制備的石墨烯薄膜的拉曼光譜圖；

圖3是實驗一制備的石墨烯薄膜的SEM剖面圖；

圖4是實驗一制備的石墨烯/聚二丁炔復合薄膜的SEM剖面圖；