[發明專利]二硫化鎢基甲醛氣敏傳感器制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201910873005.8
• 申請日: 2019-09-16
• 公開（公告）號: CN110542710B
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 張冬至;曹玉華;王興偉;吳君峰;薛慶忠
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 北京匯捷知識產權代理事務所(普通合伙) 11531
• 代理人: 于鵬

本發明涉及一種二硫化鎢基甲醛氣敏傳感器制備方法及其在車載微環境檢測中的應用。通過構筑二硫化鎢基Ni?In₂O₃/WS₂納米復合氣敏傳感器，并構建車內微環境氣體組分檢測傳感陣列，利用PSO?BP神經網絡實現對車內微環境的組分識別及濃度預測，對保障駕乘人員的身體健康和安全具有重要的現實意義。

技術領域

本發明涉及氣敏傳感器檢測技術領域，尤其涉及一種二硫化鎢基甲醛氣敏傳感器制備方法及其在車載微環境檢測中的應用。

背景技術

近年來，伴隨著我國居民可支配收入的大幅增長以及城市化進程的不斷加快，家用汽車逐步走進千家萬戶；由于家用汽車的需求日益增長，汽車價格降低，消費者購買力增強等因素，導致汽車的消費市場逐步擴大。據統計現代人每天在車內所待的平均時間高于1.5小時，車內污染已經成為影響人們身體健康的重要因素。世界衛生組織(WHO)已明確將車內空氣污染問題與高血壓、艾滋病等共同列為人類健康的十大威脅，降低車內空氣污染，保障駕乘人員的身心健康是當前亟待解決的重要問題。

車內空氣污染主要來源于汽車零部件以及車內裝飾物釋放的有害氣體，而且粘合劑的使用量也越來越大。車內空間狹小且封閉性較強，不利于有害氣體的擴散，當車內有害氣體超過一定濃度，將嚴重危害人們的身體健康。車內污染氣體以乙醇、甲醛(HCHO)和苯(C₆H₆)等氣體的危害最為嚴重。其中，甲醛氣體主要來源于汽車內坐墊、方向盤、頂棚等零部件，是一種無色易溶的刺激性氣體。現代科學研究表明，當甲醛濃度過高時會引起惡心、胸悶甚至氣腫，高濃度的甲醛足以危害人的神經系統、免疫系統和肝臟，甚至致癌致畸形。苯主要來源于汽車內裝置物品和材料大量使用的粘合劑、密封劑，因其具有高致癌性，毒性大，吸入人體后不易排出，被環保部門認定為重點危險物質。因此，研制高性能的氣敏傳感器實現對乙醇、甲醛和苯等有害氣體的精確快速檢測，對保障車內駕乘人員的身體健康和安全駕駛有著重要的現實意義。

目前，針對目標氣體的檢測主要有氣相色譜法、紅外光譜法、電化學傳感器法、光聲光譜法等多種方法，而這些方法有著諸如系統結構復雜，操作繁瑣，價格昂貴，功耗較大，工作溫度高等多種缺點。車內的溫濕度、汽車的車齡和通風模式、車內外的空氣交換率都會影響車內空氣污染的程度，再加上汽車使用率的大幅增長，對人體健康產生的威脅也越來越大。國內外很多國家都出臺了對汽車車內空氣污染標準的相關規定，因此對于車內空氣檢測提出了低檢出限、高靈敏度、穩定可靠、實時檢測等更高的要求。

發明內容

為了克服上述現有技術中存在的問題，分別提供了一種二硫化鎢基甲醛氣敏傳感器、二硫化鎢氣敏傳感陣列構建方法及其陣列在車載微環境檢測中的應用。通過構筑二硫化鎢基納米復合氣敏傳感器，并構建車內微環境氣體組分檢測傳感陣列，實現對車內微環境的組分識別及濃度預測，對保障駕乘人員的身體健康和安全具有重要的現實意義。

本發明提供如下技術方案：

一種二硫化鎢基甲醛氣敏傳感器的構建方法，其中，制備工藝包括：

①以環氧樹脂(簡稱FR4)基底為襯底，在基底表面制備有金屬叉指銅鎳合金電極的氣敏元件；

②以水熱法合成納米二硫化鎢和Ni-In₂O₃材料：以鎢酸鈉與硫代乙酰胺為鎢源和硫源，以水為溶劑，酸性環境，200℃水熱反應制得二硫化鎢；以硝酸銦與氯化鎳為銦源和鎳源，以水為溶劑，120℃水熱反應，500℃煅燒得到Ni-In₂O₃；

③以層層自組裝(LbL)工藝制備檢測車載微環境氣體組分的復合薄膜傳感器。

進一步，在步驟①中，叉指回形電極采用微納制造工藝，通過在基板表面濺射沉積、光刻、蝕刻及剝離工藝流程，在襯底(尺寸優選8×8mm)表面制備得到銅鎳合金電極；