[發明專利]一種具有化學物理吸附效應的QCM甲醛傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 201410443996.3
• 申請日: 2014-09-03
• 公開（公告）號: CN104198321B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發明（設計）人: 太惠玲;何應飛;徐曉穎;蔣亞東;杜曉松;謝光忠
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01N5/02
• 分類號: G01N5/02
• 代理公司: 成都華風專利事務所(普通合伙)51223
• 代理人: 徐豐

1.一種具有化學物理吸附效應的QCM甲醛傳感器，其特征在于：包括石英晶體微天平（QCM）基片（1），所述石英晶體微天平（QCM）基片（1）的上表面上設有上金屬電極（2），石英晶體微天平（QCM）基片（1）的下表面上設有下金屬電極（3），所述上金屬電極（2）、下金屬電極（3）上遠離石英晶體微天平（QCM）基片（1）一側的表面上均設有具有物理吸附作用或化學吸附作用的甲醛敏感薄膜（4），上金屬電極（2）的甲醛敏感薄膜（4）的吸附作用與下金屬電極（3）的甲醛敏感薄膜（4）的吸附作用不同；所述甲醛敏感薄膜（4）是由有機聚合物敏感材料配制的溶液與碳納米管分散液或石墨烯分散液通過氣噴、點涂或噴墨打印的方法制備的復合敏感膜；所述有機聚合物敏感材料包括對甲醛氣體具有物理吸附作用的聚合物敏感材料和對甲醛氣體具有化學吸附作用的聚合物敏感材料；所述對甲醛氣體具有物理吸附作用的聚合物敏感材料為聚吡咯烷酮（PVP）、聚3-己基噻吩（P3HT）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚環氧氯丙烷（PECH）、聚環氧乙烷（PEO）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）或聚乙撐二氧噻吩（PEDT）；所述對甲醛氣體具有化學吸附作用的聚合物敏感材料為聚乙烯亞胺（PEI）、聚丙烯酰胺（PAM）、N-異丙基丙烯酰胺（C6H11NO）、N-乙烯基己內酰胺（C8H13NO）或三乙醇胺(C6H15NO3)；所述碳納米管分散液為單壁碳納米管分散液或多壁碳納米管分散液，所述石墨烯分散液為形態為量子點、納米片、納米盤或納米線的石墨烯分散液。

2.如權利要求1所述的一種具有化學物理吸附效應的QCM甲醛傳感器，其特征在于：所述石英晶體微天平（QCM）基片（1）為AT切向型石英晶體片，上金屬電極（2）為金或銀電極，下金屬電極（3）為金或銀電極，石英晶體微天平（QCM）基片（1）的基礎頻率為3MHz至15MHz。

3.如權利要求1-2中任一權利要求所述的一種具有化學物理吸附效應的QCM甲醛傳感器的制備方法，其特征在于，步驟為：

步驟一：清洗

首先使用去離子水沖洗石英晶體微天平（QCM）基片（1）表面、上金屬電極（2）表面和下金屬電極（3）表面，去除表面附著的雜物顆粒；

其次將石英晶體微天平（QCM）基片（1）、上金屬電極（2）和下金屬電極（3）放入有機溶劑中超聲清洗，去除表面附著的有機污染物；

最后氮氣吹干石英晶體微天平（QCM）基片（1）、上金屬電極（2）和下金屬電極（3）；

步驟二：配制溶液

室溫條件下，量取一定量的碳納米管分散液或石墨烯分散液，稀釋至一定濃度，經超聲處理后備用；所述碳納米管分散液為單壁碳納米管分散液或多壁碳納米管分散液，所述石墨烯分散液為形態為量子點、納米片、納米盤或納米線的石墨烯分散液；

室溫條件下，稱取一定量的對甲醛氣體具有物理吸附作用的聚合物敏感材料配制成一定濃度的溶液A，稱取一定量的對甲醛氣體具有化學吸附作用的聚合物敏感材料配制成一定濃度的溶液B，溶液A和溶液B分別經超聲處理后備用；所述對甲醛氣體具有物理吸附作用的聚合物敏感材料為聚吡咯烷酮（PVP）、聚3-己基噻吩（P3HT）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚環氧氯丙烷（PECH）、聚環氧乙烷（PEO）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）或聚乙撐二氧噻吩（PEDT）；所述對甲醛氣體具有化學吸附作用的聚合物敏感材料為聚乙烯亞胺（PEI）、聚丙烯酰胺（PAM）、N-異丙基丙烯酰胺（C6H11NO）、N-乙烯基己內酰胺（C8H13NO）或三乙醇胺(C6H15NO3)；

步驟三：混合溶液

選用步驟二中經超聲處理后的碳納米管分散液或石墨烯分散液溶液與步驟二中經超聲處理后的溶液A按照一定體積比進行混合，且輔以攪拌和超聲處理形成均勻的混合溶液A；選用步驟二中經超聲處理后的碳納米管分散液或石墨烯分散液溶液與步驟二中經超聲處理后的溶液B按照一定體積比進行混合，且輔以攪拌和超聲處理形成均勻的混合溶液B；

步驟四：沉積甲醛敏感薄膜

選用步驟三中得到的混合溶液A或混合溶液B通過氣噴、點涂或噴墨打印的方法分別在上金屬電極（2）、下金屬電極（3）上沉積具有不同吸附作用的甲醛敏感薄膜（4），并真空烘干沉積有甲醛敏感薄膜（4）的上金屬電極（2）、下金屬電極（3）。