[發(fā)明專利]基于PANI@花狀WO3敏感材料的柔性NH3傳感器及其應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710759566.6
• 申請日: 2017-08-30
• 公開（公告）號: CN107607590B
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 盧革宇;李思琦;劉方猛;孫鵬;梁喜雙;高原;劉鳳敏
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12;B82Y15/00;B82Y30/00
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責(zé)任公司 22201
• 代理人: 劉世純;王恩遠

一種基于PANI@花狀WO₃納米敏感材料的柔性平面式NH₃氣體傳感器及其應(yīng)用，屬于氣體傳感器技術(shù)領(lǐng)域。由上表面蒸鍍80～120nm厚的兩條相互獨立的叉指金電極的PET襯底、原位生長在PET襯底上表面和叉指金電極上的PANI@花狀WO₃納米敏感材料組成。本發(fā)明開發(fā)了一種室溫下對大氣環(huán)境中NH₃具有快速響應(yīng)的高性能的NH₃氣體傳感器，傳感器對100ppm NH₃的靈敏度高達20.1，檢測下限可達到500ppb，開發(fā)的傳感器還具有快速響應(yīng)恢復(fù)速率。另外傳感器還表現(xiàn)了良好的選擇性和可重復(fù)性，在大氣環(huán)境中NH₃室溫檢測及柔性電子器件領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氣體傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于PANI@花狀WO₃納米敏感材料的柔性平面式NH₃氣體傳感器及其在大氣環(huán)境中室溫檢測NH₃方面的應(yīng)用。

背景技術(shù)

氨氣(NH₃)是一種無色但是有刺激性氣味的氣體，對眼睛和呼吸器官有強烈的腐蝕性。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值GBZ2-2002》規(guī)定，車間NH₃最高容許濃度為40ppm。因此，開發(fā)出具有高靈敏度，低檢測限，可在室溫下檢測而且價格低廉的NH₃氣體傳感器具有重要的現(xiàn)實意義。

事實上，在過去幾年中，圍繞NH₃傳感器的研究一直在不斷深化，而且已經(jīng)開發(fā)了各種類型的NH₃傳感器，例如傳統(tǒng)的氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器(SnO₂、 In₂O₃、Fe₂O₃、WO₃等)和混合電位型氣體傳感器(氧化鋯和Ni₃V₂O₈、TiO₂@ WO₃)。然而，這些材料最大的缺點是制備的傳感器通常在十分高的溫度下才能對氨氣有響應(yīng)，高的工作溫度大大增加了能耗且限制了已經(jīng)開發(fā)的材料的實際應(yīng)用。基于有機導(dǎo)電高分子和半導(dǎo)體氧化物復(fù)合材料的NH₃傳感器，不僅能保留半導(dǎo)體氧化物的高靈敏度的優(yōu)勢，還具有導(dǎo)電高分子的低檢測溫度和好的選擇性的特性，因此被重點關(guān)注。WO₃作為典型的n型半導(dǎo)體氧化物具有電阻相對較低、易于合成、成本低、環(huán)保的特點，被廣泛用于氣體傳感器材料。導(dǎo)電聚苯胺(PANI) 具有高導(dǎo)電性、易于合成、成本低廉和環(huán)境穩(wěn)定性好而受到廣泛關(guān)注，被認為是柔性氣體傳感器的最佳候選材料。PANI是一種特殊的通過氫離子傳導(dǎo)的p型敏感材料，通過與NH₃接觸使自由氫離子減少而電阻增加，將氣體濃度的變化轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓹z測的電信號。而且p-n異質(zhì)結(jié)的形成極大的提高了材料的靈敏度。基于此，開展有機-無機復(fù)合的NH₃傳感器的設(shè)計和制備，對于擴大氣體傳感器的應(yīng)用具有十分重要的科學(xué)意義。本發(fā)明使用花狀WO₃與聚苯胺復(fù)合材料作為納米敏感材料開發(fā)出的柔性傳感器，可以在室溫下對NH₃表現(xiàn)出較高的靈敏度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于聚苯胺@花狀WO₃納米敏感材料的NH₃傳感器、制備方法及其在大氣環(huán)境中室溫檢測NH₃方面的應(yīng)用。本發(fā)明通過制備花狀WO₃納米敏感材料并與有機高分子PANI原位聚合，提高傳感器的靈敏度，提高傳感器的響應(yīng)恢復(fù)速率，使傳感器可以在室溫進行檢測，促進此傳感器在氣敏檢測領(lǐng)域中的實用化。

本發(fā)明所開發(fā)的傳感器除了具有較高的靈敏度外，還具有較低的檢測下限，可檢測低至500ppb的NH₃，而且展現(xiàn)了非常好的選擇性、重復(fù)性。本發(fā)明所述的柔性可彎曲的平面式結(jié)構(gòu)傳感器，制作工藝簡單，體積小，安全無害，具有重要的應(yīng)用價值。