[發(fā)明專利]一種PVDF/PANI復合柔性氨氣傳感器及其制備方法

有效

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• 申請日: 2018-11-12
• 公開（公告）號: CN109613069B
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發(fā)明（設計）人: 宋偉杰;呂大伍;沈文鋒;楊鵬宇;譚瑞琴;許煒
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理有限公司 33226
• 代理人: 謝瀟

本發(fā)明公開的PVDF/PANI復合柔性氨氣傳感器包括聚偏二氟乙烯多孔膜層、聚苯胺層和叉指電極層，聚苯胺層原位復合于聚偏二氟乙烯多孔膜層的表面，叉指電極層沉積于聚苯胺層的表面。該氨氣傳感器的制備方法，通過原位生長法在聚偏二氟乙烯多孔膜層的表面復合得到聚苯胺層，通過絲網(wǎng)印刷、噴墨打印或濺射在聚苯胺層的表面沉積導電材料得到叉指電極層。該氨氣傳感器靈敏度高，對低濃度氨氣具有較好的響應，適于在室溫下對氨氣進行高靈敏的檢測，其室溫下對氨氣的檢測限達到了100ppb，同時具有高穩(wěn)定性、高選擇性和響應時間短等優(yōu)勢；該氨氣傳感器的制備方法步驟簡單，成本低廉，反應條件溫和，可控性好，有利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

技術領域

本發(fā)明涉及一種氣體傳感器及其制備方法，具體涉及一種PVDF/PANI復合柔性氨氣傳感器及其制備方法，屬于氣體檢測技術領域。

背景技術

發(fā)展高性能柔性室溫氣體傳感器，對環(huán)境檢測、人體健康預警以及軍事國防等領域具有重要的意義。如低濃度的氨氣對眼睛和潮濕的皮膚能迅速產(chǎn)生刺激作用，氨氣濃度過高（25 ppm）時則會對人體呼吸器官產(chǎn)生很大的損傷。醫(yī)學研究發(fā)現(xiàn)，正常人體呼出的氨氣濃度低于500ppb，而患有腎衰竭或胃癌等疾病的人體呼出的氣體中氨氣濃度會大于1ppm，因此通過檢測分析人體呼出氣體中氨氣濃度，可以初步實現(xiàn)人體相關疾病的前期預警和無損診斷。

由于人體呼吸氣體中反映人體健康狀況的相關氣體一般具有低濃度和成分復雜的因素，因此對用于人體健康狀況預警的氣體傳感器有高靈敏度和高選擇性的要求。另外，為達到工業(yè)化生產(chǎn)的目的，此類傳感器也要求同時具有高穩(wěn)定性、低成本、制造簡單、可大規(guī)模制造等優(yōu)點。再者，在產(chǎn)品的實際應用中，一般要求可柔性化、低溫工作、低功耗、小型化、集成化、無線化等。

當前有關氨氣檢測的敏感材料一般分為四類：金屬氧化物、碳管、石墨烯和有機聚合物。其中金屬氧化物材料是現(xiàn)在氣體檢測的常規(guī)氣敏材料，但是金屬氧化物一般需要非常高的工作溫度，因此功耗較大，且其探測的濃度大都在ppm級別以上，不適合應用于人體呼吸氣體檢測方面的可穿戴設備。而碳管和石墨烯材料一般具有靈敏度較低、選擇性較差等缺點。而有機聚合物因具有可室溫工作、靈敏度高、制造方法簡單、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，是現(xiàn)在氨氣檢測方面的重要研究材料。但是一般有機聚合物如聚苯胺，制造傳感器的方式是將粉末溶于有機溶劑中（如六氟異丙醇、氮甲基吡咯烷酮），然后通過滴涂或旋涂等方式覆蓋于電極上。此類方法制造的傳感器具有靈敏度較小、穩(wěn)定性差等缺點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術問題是，針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種PVDF/PANI復合柔性氨氣傳感器及其制備方法，該氨氣傳感器靈敏度高，對低濃度氨氣具有較好的響應，適于在室溫下對氨氣進行高靈敏的檢測，其室溫下對氨氣的檢測限達到了100ppb，同時具有高穩(wěn)定性、高選擇性和響應時間短等優(yōu)勢；該氨氣傳感器的制備方法步驟簡單，成本低廉，反應條件溫和，可控性好，有利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種PVDF/PANI復合柔性氨氣傳感器，包括聚偏二氟乙烯多孔膜層、聚苯胺層和叉指電極層，所述的聚苯胺層原位復合于所述的聚偏二氟乙烯多孔膜層的表面，所述的叉指電極層沉積于所述的聚苯胺層的表面。

作為優(yōu)選，所述的聚偏二氟乙烯多孔膜層的厚度為20～100um，所述的聚苯胺層的厚度為10～1000nm。

一種上述PVDF/PANI復合柔性氨氣傳感器的制備方法，通過原位生長法在所述的聚偏二氟乙烯多孔膜層的表面復合得到所述的聚苯胺層，通過絲網(wǎng)印刷、噴墨打印或濺射在所述的聚苯胺層的表面沉積導電材料得到所述的叉指電極層。

作為優(yōu)選，所述的導電材料為導電銀漿、銀導電墨水或銅導電墨水。

作為優(yōu)選，上述PVDF/PANI復合柔性氨氣傳感器的制備方法，具體包括以下步驟：

（1）將聚偏二氟乙烯多孔膜分別在丙酮和乙醇中超聲清洗15～20分鐘，之后在50～150℃溫度下熱處理10～100分鐘；