[發明專利]一種導電內核敏感層及分子篩除濕層的傳感器及制備方法

有效

• 申請號: 201710060535.1
• 申請日: 2017-01-25
• 公開（公告）號: CN106770485B
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發明（設計）人: 徐琳;劉偉;董彪;宋宏偉;白雪;盛況;周翔宇
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01N27/04
• 分類號: G01N27/04;B01D53/26
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 劉世純

1.一種導電內核敏感層及分子篩除濕層的傳感器，其特征在于，從上至下依次包括具有分子篩濕氣過濾層、高導電性內核納米纖維的敏感層、電極、基底及加熱絲；其中，所述的敏感層厚度為100nm-1μm，分子篩濕氣過濾層厚度為1μm-10μm，所述的電極為金電極、銅電極或鉑電極，基底的材質為陶瓷，加熱絲的材質為鎳鉻合金；所述分子篩濕氣過濾層的材質為純硅、SBA-15或MCM-41，所述高導電性內核納米纖維的敏感層的內核為鉑、金或鈀，外殼為半導體氧化物。

2.權利要求1所述的一種導電內核敏感層及分子篩除濕層的傳感器的制備方法，其特征在于，具體步驟如下：

（1）具有高導電性內核的核殼納米纖維的制備：

外部殼層前驅體溶液的制備：將含有半導體氧化物陽離子的無機鹽或有機鹽溶解于溶劑中，攪拌5-30 min，加入質量分數8-30%的高分子導電聚合物，并保持鹽與高分子導電聚合物在溶液中的質量比在15-50%之間，均勻混合0.5-12 h 后，形成外部殼層前軀體溶液；

內部金屬核前驅體溶液的制備：將含有Au、Pt或Pd金屬無機鹽溶解于溶劑中，混合均勻后加入質量分數8-30%的高分子導電聚合物，并保持金屬無機鹽與高分子導電聚合物在溶液中的質量比在15-50%之間，均勻混合0.5-12 h 后，形成內部金屬核前軀體溶液；

將制得的外部殼層前軀體溶液、內部金屬核前驅體溶液按照摩爾比1：5-20放入同軸靜電紡絲裝置中進行靜電紡絲，所獲得的電紡纖維在室溫下干燥6-12h 后進行后續的熱處理以獲得最終的核殼納米結構；其中，熱處理過程是以1-10 ^oC /min的升溫速率從室溫升至450-800 ^o C ，并在此溫度下保持2-5 h后自然降至室溫；

（2）具有高導電性內核納米纖維敏感層的氣敏元件制備：

將上述得到的核殼納米結構與粘合劑混合制成涂料狀混合物，混合質量比為10:1-15:1，然后將涂料狀混合物均勻涂抹到帶有兩個分立電極的陶瓷管或帶有叉指電極的平板陶瓷上，涂抹厚度為100nm-1μm，室溫晾干12-24 h，于250-550 ^o C 處理0.5-4 h，目的是除掉混合物中的有機溶劑，最后得到有高導電性內核納米纖維敏感層氣敏傳感器件；

（3）對所獲得的氣敏傳感器件進行分子篩濕氣過濾層修飾：

拖涂法：若制備敏感層時采用的是帶有兩個分立電極的陶瓷管，在分子篩濕氣過濾層修飾時采用拖涂法；首先將分子篩與粘合劑混合，研磨5-15分鐘，制成均勻的粘稠溶液，分子篩質量濃度為15-25 %；將步驟（2）制備的氣敏傳感器件垂直置于上述粘稠溶液中，并以0.05-0.2 cm/s的速度將傳感器件垂直提升，直至全部離開液面，拖涂的厚度為1μm-10μm，室溫干燥1-5小時，以1-10 min/^oC的升溫速度，升溫至200-500^oC，保持1-3小時；

刮刀法：若制備敏感層時采用的是帶有叉指電極的平板陶瓷，在分子篩濕氣過濾層修飾時采用刮刀法；將分子篩放入研缽，加入質量分數0.1-1%的冰醋酸研磨1-3分鐘；再加入質量分數0.1-1%的去離子水研磨5-8分鐘，重復5-10次；加入0.1-1%的乙醇研磨1分鐘，重復5-10次；加入分子篩3-5倍體積乙醇，使分子篩粉末形成懸濁液，超聲15-30分鐘后，加入3-8%質量比的醋酸纖維素和0.3-0.8%質量比的異丙醇，充分攪拌30分鐘，于55-85 ^o C 加熱，直至形成拉絲狀的漿體；將帶有叉指電極的平板陶瓷固定，并將50-200μL漿體置于帶有叉指電極的平板陶瓷一端，用掛刀均勻用力將漿體刮向另一端，將漿體均勻鋪于電極表面，重復3-5次，刮涂的厚度為1μm-10μm，刮刀與水平面的角度為15-45^o，5-10 h晾干后，以1-10min/^oC的升溫速度，升溫至200-500^oC，保持0.5-3小時。

3.如權利要求2所述的一種導電內核敏感層及分子篩除濕層的傳感器的制備方法，其特征在于，步驟（1）中所述的含有半導體氧化物陽離子的無機鹽或有機鹽，其中，半導體氧化物陽離子為In、Ti、Zn、Sn、W、Fe、Cu、Ni或Co；無機鹽或有機鹽為硝酸鹽、醋酸鹽、氯化物或酯類。