[發明專利]一種基于碳納米管和金屬納米粒子的氣體傳感器及其構建方法

有效

• 申請號: 201810183586.8
• 申請日: 2018-03-06
• 公開（公告）號: CN108398467B
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發明（設計）人: 成漢文;孫瑤馨;陳家輝;路暢;陳明洋;羅謹
• 申請（專利權）人: 上海應用技術大學
• 主分類號: G01N27/30
• 分類號: G01N27/30
• 代理公司: 上海精晟知識產權代理有限公司 31253
• 代理人: 楊軍

本發明公開了一種基于碳納米管和金屬納米粒子的氣體傳感器及其構建方法。具體步驟如下：1)將HAuCl₄溶液、四辛基溴化銨的甲苯溶液、癸硫醇溶液和硼氫化鈉溶液混合攪拌得到癸硫醇覆蓋的金納米粒子溶液，再加入1,9?壬二硫醇攪拌，制備得到1,9?壬二硫醇覆蓋的金納米溶膠；2)將碳納米管己烷分散液和1,9?壬二硫醇覆蓋的金納米溶膠混合攪拌，形成復合體溶液；3)將微電極浸入復合體溶液中，加入交聯劑的二氯甲烷溶液，室溫攪拌，最后再洗滌、吹干微電極，將微電極和多通道電氣萬用表連接，并設置在氣室內，實現氣體傳感器的構建。本發明的氣體傳感器能用于定性和定量檢測大氣中常見的醇類、醛類、苯類、烷類等氣體，靈敏度高。

技術領域

本發明涉及氣體傳感器技術領域，具體地說，涉及一種基于碳納米管和金屬納米粒子的氣體傳感器及其構建方法。

背景技術

單層覆蓋劑或分子連接的金屬納米顆粒作為傳感裝置薄膜的組成之一已經成為構建多種高靈敏電化學傳感器的重要方法，并已得到廣泛應用。這類傳感器不但性能需穩定，并且可供被測物組裝或吸附的表面積也需顯著，另外，在電化學氣感檢測應用領域中，還應具備獨特的電性能。

作為電子材料，碳納米管具有半導體特性，其獨特的物理和化學性質使其成為調節催化劑、化學與生物傳感器等表面性能的重要材料之一。已有報道，碳納米管與金屬納米粒子結合后電子導電性能可控性可得到進一步提升。當二者的復合結構接觸到氧化性氣體時，碳納米管與金屬納米粒子間的相互作用可以導致電子被半導體的空穴所吸收，從而增加了導電性；而當接觸到還原性氣體時，二者就會形成電子的給體，從而降低電荷載流子的濃度并降低電導率。因此，很多研究圍繞碳納米管結合金屬納米粒子構建傳感器而展開。但是被測分子在二者表面的相互作用以及傳感機制還有待進一步揭曉。

發明內容

針對以上技術問題，本發明目的在于提供一種基于碳納米管和金屬納米粒子的氣體傳感器及其構建方法。本發明的氣體傳感器可以用于檢測大氣中常見的甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、甲苯、己烷等揮發性氣體成分，靈敏度高。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為如下。

本發明提供一種基于碳納米管和金屬納米粒子的氣體傳感器的構建方法，具體步驟如下：

1)制備1,9‐壬二硫醇覆蓋的金納米溶膠

將濃度為14～17mmol/L的HAuCl₄溶液和濃度為15～17mmol/L的四辛基溴化銨的甲苯溶液混合，再加入濃度在0.1‐3mmol/L之間的癸硫醇溶液和濃度在0.20～0.30mol/L的硼氫化鈉溶液，攪拌8‐12h得到癸硫醇覆蓋的金納米粒子溶液，此后加入濃度為16‐25mmol/L的1,9‐壬二硫醇溶液攪拌30～45分鐘，利用1,9‐壬二硫醇置換金納米粒子表面的癸硫醇，使得每個金納米粒子表面覆蓋足夠的1,9‐壬二硫醇分子數，制備得到1,9‐壬二硫醇覆蓋的金納米溶膠；

2)制備復合體溶液

將質量體積濃度在0.20mg/mL～0.50mg/mL的碳納米管己烷分散液和上述1,9‐壬二硫醇覆蓋的金納米溶膠混合，使得體系中納米金濃度控制在10～20mmol/L，混合攪拌8～12小時，形成復合體溶液；

3)構建氣體傳感器

將微電極浸入上述復合體溶液中，加入0.008～0.012g/mL的交聯劑的二氯甲烷溶液，室溫攪拌2‐5h，最后洗滌、吹干微電極，將微電極和多通道電氣萬用表連接，并設置在氣室內，實現氣體傳感器的構建。

本發明中，步驟1)中，HAuCl₄溶液、四辛基溴化銨的甲苯溶液、癸硫醇溶液、硼氫化鈉溶液和1,9‐壬二硫醇的體積比為10:10:(1.5～2.5):(4‐6):(1‐3)。

本發明中，步驟1)中，癸硫醇覆蓋的金納米粒子溶液中的金納米離子的尺寸在1‐10nm之間。