[發(fā)明專(zhuān)利]電阻式薄膜二氧化氮傳感器及其制備方法與應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010011336.3
• 申請(qǐng)日: 2020-01-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111077190B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 路建美;賀競(jìng)輝
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N27/12
• 分類(lèi)號(hào): G01N27/12
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 32103
• 代理人: 孫周強(qiáng);陶海鋒

本文設(shè)計(jì)合成了一種電阻式薄膜二氧化氮傳感器及其制備方法與應(yīng)用，測(cè)試了該材料對(duì)二氧化氮（NOsubgt;2/subgt;）的傳感性能。測(cè)試結(jié)果表明，本發(fā)明所制備的方酰胺聚合物對(duì)二氧化氮表現(xiàn)出優(yōu)異的響應(yīng)性能，能夠檢測(cè)的最低的二氧化氮濃度為10?ppb，具有較好的響應(yīng)程度；在10?ppm的濃度下，其響應(yīng)達(dá)到277；此外，該電阻式薄膜二氧化氮傳感器具有很好的選擇性，在濃度100?ppb的二氧化氮氛圍中，該材料響應(yīng)/回復(fù)時(shí)間為219/446?s。以上說(shuō)明本發(fā)明對(duì)于二氧化氮的檢測(cè)具有十分重要的意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于有機(jī)半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及電阻式薄膜二氧化氮傳感器及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

二氧化氮（NO₂）是常見(jiàn)的有毒空氣污染物之一，NO₂是一種紅褐色，刺激性，有毒氣體，具有特征性的刺激性氣味，主要以不同氮氧比例的氮氧化物（NO_x）混合物形式存在。對(duì)于人類(lèi)暴露1小時(shí)的LC50（暴露的50％的致死濃度）大約為174?ppm。NO₂的主要來(lái)源是煤和石油等燃料的燃燒，雷暴期間由于極端閃電引起的生物質(zhì)燃燒，以及農(nóng)業(yè)施肥導(dǎo)致的微生物固氮。NO₂值得注意的影響包括：呼吸道炎癥，長(zhǎng)期暴露導(dǎo)致的肺功能下降，呼吸系統(tǒng)疾病風(fēng)險(xiǎn)增加，對(duì)過(guò)敏原的反應(yīng)性增強(qiáng)，產(chǎn)生酸雨造成植被，建筑物的損傷以及湖泊，溪流的酸化。國(guó)家環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中NO₂的年暴露限值由環(huán)境保護(hù)局（EPA）規(guī)定為十億分之五十三（53?ppb）。?到目前為止，大多數(shù)商業(yè)NO₂傳感器很少達(dá)到ppb級(jí)別的檢測(cè)限（LOD）或?qū)ζ渌悄繕?biāo)氣體敏感。因此，開(kāi)發(fā)能夠高效，準(zhǔn)確，可靠，快速檢測(cè)低濃度的NO₂氣體傳感器迫在眉睫，尤其是傳感器中作為氣敏材料的聚合物結(jié)構(gòu)對(duì)傳感性能影響很大，需要開(kāi)發(fā)新的氣敏材料。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述情況，本發(fā)明采用一種方酰胺聚合物（PAPS）作為氣敏材料制備二氧化氮傳感器，并且通過(guò)在不同濃度的二氧化氮環(huán)境中觀(guān)察傳感器的電流變化來(lái)檢測(cè)不同濃度二氧化氮。本發(fā)明中基于離子共軛聚方酰胺的二氧化氮傳感器對(duì)二氧化氮的檢測(cè)限最低能達(dá)到10?ppb，并且傳感器制作方便，價(jià)格低廉，穩(wěn)定性好。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種電阻式薄膜二氧化氮傳感器電極，其制備方法包括如下步驟，將方酰胺聚合物與乙醇混合形成的糊狀物刷涂在叉指電極表面，然后放入真空烘箱中烘干，得到電阻式薄膜二氧化氮傳感器電極。

一種電阻式薄膜二氧化氮傳感器，包括叉指電極、位于叉指電極表面的氣敏材料、基底；所述氣敏材料由方酰胺聚合物制備。

一種檢測(cè)環(huán)境中二氧化氮的方法，包括如下步驟，將方酰胺聚合物與乙醇溶劑混合形成的糊狀物刷涂在叉指電極表面，放入烘箱中烘干，得到電阻式薄膜二氧化氮傳感器；將電阻式薄膜二氧化氮傳感器置入待檢測(cè)環(huán)境中，完成環(huán)境中二氧化氮的檢測(cè)；本發(fā)明的檢測(cè)為定性檢測(cè)或者定量檢測(cè)。

本發(fā)明進(jìn)一步公開(kāi)了上述電阻式薄膜二氧化氮傳感器電極或者電阻式薄膜二氧化氮傳感器在檢測(cè)二氧化氮中的應(yīng)用；或者方酰胺聚合物在檢測(cè)二氧化氮中的應(yīng)用。

本發(fā)明中，方酰胺聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)式如下：

本發(fā)明所述方酰胺聚合物的制備方法為，以5,5’-二氨基-2,2’-聯(lián)吡啶、3,4-二羥基-3-環(huán)丁烯-1,2-二酮（方酸）為原料，在正丁醇溶劑中加熱反應(yīng)，制備PAPS。

具體的，本發(fā)明公開(kāi)的方酰胺聚合物（PAPS）的制備方法，包括以下步驟，5,5’-二氨基-2,2’-聯(lián)吡啶，3,4-二羥基-3-環(huán)丁烯-1,2-二酮（方酸）在正丁醇中反應(yīng)；反應(yīng)結(jié)束后，待溫度降至室溫，將產(chǎn)品過(guò)濾并用正丁醇洗滌，真空干燥，得到方酰胺聚合物（PAPS）。