[發明專利]一維納米復合材料薄膜傳感器的制備方法及應用

在審

• 申請號: 201710349013.3
• 申請日: 2017-05-17
• 公開（公告）號: CN108956706A
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發明（設計）人: 劉廣青;萬鵬博;王雯;薛立娜;楊紫怡
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 北京志霖律師事務所 11575
• 代理人: 潘士霖

本發明公開了一種一維納米復合材料薄膜傳感器的制備方法，包括如下步驟：a)制備一維納米材料的分散液；b)分別獨立地配制高分子單體酸性水溶液和氧化劑酸性水溶液；c)將步驟a中所述一維納米材料的分散液加入到步驟b中所述的高分子單體酸性水溶液中，超聲分散均勻得到水分散液；d)將步驟b中所述的氧化劑酸性水溶液倒入步驟c得到的水分散液中，超聲分散均勻，然后將透明薄膜浸入到此水分散液中，反應一段時間后取出柔性、透明薄膜，用乙醇沖洗，干燥后即得。本發明的優點在于：將一維納米材料和高分子單體原位聚合沉積，即可獲得一維納米復合材料薄膜，其具有更高的氣敏靈敏度，在柔性、透明、可穿戴的電子器件領域具有極大應用前景。

技術領域

本發明屬于無機、有機復合技術領域，具體涉及一種一維納米復合材料薄膜傳感器的制備方法及應用。

背景技術

厭氧消化技術是有機固體廢物處理處置和研發領域的重要方向，被用于處理工業、農業和市政廢物，如畜禽糞便、工業下腳料、餐廚垃圾等。厭氧消化不僅能夠處理大量的有機廢物，防止其腐敗、發臭和細菌滋生；而且發酵產生的沼氣富含極具能源利用價值的甲烷，經提純后可作為車載或民用天然氣。含氮有機廢棄物厭氧消化過程中，蛋白、尿素和氨基酸等氮類物質會被轉化為氨氮(NH₃和NH₄⁺)，長期運行的厭氧消化體系中氨氮濃度會逐漸積累升高；氨氮濃度過高會對微生物有抑制和毒害作用，導致有機物降解去除能力和厭氧產甲烷能力受損，甚至可能導致厭氧處理系統運行失敗。故我們可根據檢測廢棄物厭氧消化過程中的氨氣濃度，監控氨氮抑制現象。

目前市面上已經出現了一些氨氣檢測的儀器，但這些儀器的使用具有一定的局限性。比如，便攜式監測儀存在精度不高，對氣體流量要求大；雖然部分儀器適合工程現場或養殖場氨氣監測，但對于較小的發酵罐產生的氨氣量小，不足以提供足量氣體用于檢測。而一些精密儀器如氣相色譜儀雖然檢出限很低，但卻不能實時監控。同時，這些儀器的成本都比較高，不適合推廣普及使用。為此，研發一種便攜、適應范圍廣的傳感器用于厭氧消化過程的氨氮監控尤為重要。

近年來，基于碳納米管、石墨烯、金屬納米線等納米材料的透明導電膜的透明電子學器件已經得到了廣泛的報道。碳納米管或金屬納米線有著良好的導電性能，比表面積高，可制備特殊結構的納米復合材料。俞書宏教授利用碳包覆的銀納米線作為模板合成了二氧化錫納米管，體現了優異的氣體傳感性能。基于導電高分子的氣體傳感材料能夠實現室溫氣體檢測，并且在柔性基底上成膜性好(參見文獻ACSNano,2010,4,2955-2963；Adv.Funct.Mater.,2011,21,2049-2056；J.Am.Chem.Soc.,2003,125,314-315)。然而導電高分子氣體傳感材料往往存在靈敏度較低的問題，如果能提高比表面積，構筑多級納米結構，則可以較好地提高靈敏度。基于以上考慮，我們希望設計一款柔性、便攜、低能耗的網絡狀一維納米復合材料氣體傳感膜作為氣體傳感材料，用于檢測氨氣、二氧化氮、甲苯等氣體；并能對厭氧消化過程中產生的氨氣產生響應，從而實時監控厭氧消化、養殖場、化工車間等存在氨氮危害的場所，反饋、指導實際操控。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的上述不足，利用一維納米材料導電性好，比表面積大等特征，通過一維納米材料與導電高分子單體的靜電作用，導電高分子聚合在一維納米材料表面及周圍，并同時聚合沉積在柔性、透明薄膜表面，制備柔性、透明、可穿戴的網絡狀一維納米材料/導電高分子復合結構薄膜傳感器，

第一方面，本發明涉及一種一維納米復合材料薄膜傳感器的制備方法，包括如下步驟：

a.制備一維納米材料的分散液；

b.分別獨立地配制高分子單體酸性水溶液和氧化劑酸性水溶液(鹽酸濃度1M)；

c.將一定量步驟a中所述的一維納米材料的分散液加入到步驟b中所述的高分子單體酸性水溶液中，超聲分散均勻得到水分散液；