[發明專利]基于復合材料阻塞效應的二氧化氮傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 202011596482.3
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112763551B
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 太惠玲;趙秋妮;黃琦;蔣亞東;段再華;王斯;劉勃豪;張亞杰
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產權代理有限公司 51230
• 代理人: 梁偉東

本發明提供基于復合材料阻塞效應的二氧化氮傳感器及其制備方法，涉及氣體傳感器與復合納米材料技術領域，包括敏感器件，敏感器件上設置有氣敏層，氣敏層采用具有阻塞效應的復合材料制成；制備方法包括以下步驟：S1:對敏感器件基底進行預處理，包括清洗、干燥、親水處理；S2:制備高分子聚合物分散液與無機傳導材料分散液；S3:將敏感材料分散液沉積在敏感器件基底上形成氣敏層；S4:將具有氣敏層的敏感器件進行干燥與老化處理，得到基于復合材料阻塞效應的二氧化氮傳感器。本發明二氧化氮傳感器具有響應大、響應/恢復速度快、恢復性好、重復性好等特性，同時能在室溫下工作，不需要借助光照或者加熱等輔助手段，有助于綠色節能、低功耗器件的發展。

技術領域

本發明涉及氣體傳感器與復合納米材料技術領域，具體而言，涉及基于復合材料阻塞效應的二氧化氮傳感器及其制備方法。

背景技術

作為一種有毒、有刺激性的氣體，二氧化氮(NO₂)是主要的大氣污染物，能引起大氣能見度降低，地表水酸化、富營養化以及水生生物的毒素含量增加；此外，NO₂被人體吸入后，對肺組織具有強烈的刺激性和腐蝕性。因此，開發NO₂氣體傳感器具有十分重要的意義。

目前，NO₂氣體傳感器大多基于電子傳輸機制，如申請號為201910276010.0的發明專利公開了一種基于二維二硫化鉬納米材料的二氧化氮傳感器，在紫外光照射下，設置在源極和漏極中間的二硫化鉬吸附NO₂氣體后，NO₂氣體分子捕獲二硫化鉬的電子，從而引起傳感器的電導發生改變。二硫化鉬基的氣體傳感器雖然具有較低的檢測限，但恢復時間小于200s，且需要光照輔助手段。如申請號202010017845.7的發明專利公開了一種金修飾的花狀SnS2的二氧化氮氣體傳感器及制備方法。該二氧化氮氣體傳感器包括氣體敏感材料和加熱電極，將均勻分布金的花狀SnS2涂覆于加熱電極的表面。該傳感器對8ppm NO₂響應值約為15，響應時間為120.8s，恢復時間為249.4s。雖然很多基于電子傳輸機制的NO₂氣體傳感器具有較好的氣敏性能，但是在室溫下發展高響應、快速、重復性好、可逆性好的氣體傳感器仍然是一大挑戰。

發明內容

本發明提供了基于復合材料阻塞效應的二氧化氮傳感器及其制備方法，用以解決現有技術中存在的氣體傳感器在室溫下性能不佳和功耗大的問題。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

基于復合材料阻塞效應的二氧化氮傳感器，包括敏感器件，敏感器件上設置有氣敏層，氣敏層采用具有阻塞效應的復合材料制成；

阻塞效應為氣體分子通過非共價鍵吸附于敏感材料表面，阻礙離子傳導，導致傳感器電阻上升；

復合材料為高分子聚合物無機傳導材料，高分子聚合物以γ-聚谷氨酸為代表，高分子聚合物帶有氨基、羧基、酰胺鍵或羥基等官能團，高分子聚合物通過與氣體分子形成非共價鍵而進行動態吸附/脫附；無機傳導材料以MXene材料為代表，無機傳導材料包括具有三維支撐結構的碳系材料；

MXene材料的結構式為M_n+1X_n或M_n+1X_nT_x(n＝1-3)，其中M代表過渡金屬，X代表碳和/或氮，T_x代表末端官能團。

進一步地，碳系材料包括單壁或多壁碳納米管、碳纖維、石墨烯及其衍生物、碳黑。

進一步地，敏感器件為剛性或柔性基底的叉指電極。

進一步地，敏感器件為剛性基底的叉指電極時，采用剛性的硅基襯底或陶瓷襯底或三氧化二鋁襯底，敏感器件為柔性基底的叉指電極時，采用柔性的聚酰亞胺(PI)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氨酯(PU)、布基與紙基中的一種。