[發明專利]一種常溫乙醇氣體傳感器及其在原位檢測系統中的應用

在審

• 申請號: 201810490219.2
• 申請日: 2018-05-21
• 公開（公告）號: CN108469456A
• 公開（公告）日: 2018-08-31
• 發明（設計）人: 付成偉;李臘;韓曉松
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 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

本發明公開了一種常溫乙醇氣體傳感器及其在原位檢測系統中的應用，屬于柔性電阻型氣體傳感器技術領域，包括：由基底、位于基底上的平行的電極及涂覆在平行電極中間的敏感材料組成，其中，所述的敏感材料為多壁碳納米管/聚苯胺復合材料。所述的原位檢測系統包括電源、本發明的常溫乙醇氣體傳感器、信號過濾器、單片機、藍牙及手機客戶端。本發明采用的敏感材料的制備方法簡單、環保且成本低，制備過程均在低溫下進行；該器件可對氣態乙醇濃度進行常溫監測，對乙醇的響應靈敏度高，常溫響應速度快。所述的氣體傳感器的原位檢測系統可以做成手表手環佩戴在手腕上，信號數據可以在手機客戶端上實時顯示，對于個人酒駕實時檢測提供便利條件。

技術領域

本發明屬于柔性電阻型氣體傳感器技術領域，具體涉及一種乙醇氣體傳感器及其在原位檢測系統中的應用。

背景技術

隨著工業化的飛速發展，人類在生產生活中產生了不同類型的氣體，其中不乏一些有毒有害的氣體。乙醇作為一種重要的有機溶劑，在工業、醫藥、紙巾、香水及化妝品的合成等方面有廣泛的應用。同時，乙醇也是食物和藥品的主要成分，一直以來，過度飲酒造成危及生命安全的事故屢見不鮮。因此，開發研制一種便攜式乙醇傳感器是十分有意義的。基于柔性氣體傳感器技術可任意移動、彎曲、壓縮而保持良好的傳感性能，可編制或組裝在衣物、輔助設備或者日用品上，這樣氣體濃度的信息就可以不間斷、隨時隨地地獲取，使人們能夠在飲酒后通過向可穿戴的乙醇氣體傳感器哈氣，及時了解體內酒精的含量，預防酒駕，減少安全事故的發生，為安全駕駛提供可靠保障。

然而，現有的乙醇氣體傳感器還有兩個缺點：1、現有傳感器大多基于硅片、陶瓷燈等剛性基底，這類傳感器普遍存在不可彎折、體積龐大等缺點，嚴重阻礙了氣體傳感器的可穿戴化進展；2、乙醇氣體傳感器的材料大多都基于金屬氧化物，如二氧化錫等。雖然金屬氧化物對乙醇的靈敏度較高，但是需要在高溫條件下才能正常工作，這使得傳感器還需要一個加熱裝置輔助其實現監測功能。加熱裝置既會使傳感單元的體積變大，質量變重，而且高溫裝置不適合作為可穿戴的設備直接與人體接觸。

此外，作為一個獨立的可穿戴乙醇檢測系統，除了需要傳感單元，還需要信號采集處理與顯示單元。為了實現可穿戴一體化的氣體傳感與顯示功能，信號采集單元的電路板也需要具備體積小、柔性的特點。但是現有的可采集處理及傳輸傳感器兩端電流信號變化的電路板質量較重，體積也較大，難以滿足可穿戴設備的需求。

為此，需要發明出一種既具有柔性、靈敏度高、響應速度快、穩定性良好等特性，同時又能夠實時連續輸出未知乙醇氣體濃度的可穿戴常溫氣體傳感器及原位檢測系統。

發明內容

本發明針對上述問題，提供了一種靈敏度高、響應速度快的柔性常溫電阻型乙醇傳感器及其在原位檢測系統中的應用，用手機客戶端對氣體濃度進行實時監測。該器件利用一種多壁碳納米管/聚苯胺復合材料為傳感器的敏感層，通過感知乙醇濃度的變化表現為自身電阻的變化，進而用于酒駕檢測。

本發明通過如下技術方案實現：

一種常溫乙醇氣體傳感器，包括：由基底、位于基底上的2個平行的電極及涂覆在2個平行電極中間的敏感材料組成，其中，所述的敏感材料為多壁碳納米管/聚苯胺復合材料。

進一步地，所述的多壁碳納米管/聚苯胺復合材料，通過如下方法制備得到，具體步驟如下：

首先，將多壁碳納米管與苯胺單體按照1：2的質量比加入到1M/L中高氯酸溶液中，0℃下攪拌30分鐘；然后，向上述溶液中以體積比3:1滴加密度為6*10^-3kg/L的過硫酸銨溶液，將混合溶液在0℃條件下攪拌24小時，聚合后的聚苯胺納米棒陣列均勻地生長在碳納米管上；最后，將得到的多壁碳納米管@聚苯胺納米復合材料，分別用去離子水、甲醇和乙醇洗滌，洗滌之后的納米材料在60℃真空干燥24小時。

進一步地，所述的多壁碳納米管與苯胺單體的混合液與高氯酸溶液的體積比為1：5。