[發明專利]一種可用于高濕度環境下痕量檢測二氧化氮的克酮酸菁聚合物傳感器及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202110758904.0
• 申請日: 2021-07-05
• 公開（公告）號: CN113588728B
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 路建美;賀競輝
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 孫周強;陶海鋒

本發明公開了可用于高濕度環境下痕量檢測二氧化氮的克酮酸聚合物傳感器及其應用，為基于含共軛雙離子結構的萘二胺基克酮酸菁聚合物的二氧化氮電阻式傳感器，包括疏水層、叉指電極以及覆于叉指電極上的鍍膜材料。疏水層為聚偏氟乙烯，可以抵御高達70%的環境濕度；鍍膜材料為含共軛雙離子結構的萘二胺基克酮酸菁聚合物，顯示出對二氧化氮的優異的傳感選擇性，此外該傳感器可在高濕常溫下穩定工作，其能夠檢測低至40?ppb的濃度，響應/回復時間為182?s/165?s；同時基于含共軛雙離子結構的萘二胺基克酮酸菁聚合物的二氧化氮傳感器具有優異的選擇性，可以有效排除其他氣體的干擾。

技術領域

本發明屬于有機半導體器件技術領域，具體涉及一種克酮酸菁聚合物及超疏水傳感器與制備方法，可用于高濕度環境下痕量檢測二氧化氮。

背景技術

現代社會高度依賴化石燃料燃燒產生的能源，這會排放大量的廢氣。此外，對汽車的需求迅速增長，而汽車的內燃機排放的氣體造成了嚴重的環境問題?(酸雨)和健康問題(呼吸道疾病)。因此，在全球范圍內對減少汽車污染物排放進行監管是全球最迫切的問題之一。雖然所有這些排放的氣體都對人類健康有害，但二氧化氮?(NO₂)作為氮氧化物?(NO_x)的一種代表性氣體，不僅對環境而且對人體有著巨大的危害，因而備受關注。尤其對于哮喘患者、兒童和老年人而言，暴露在ppb水平的二氧化氮中的風險更高，對身體的損傷更大。為了方便快捷的實現對ppb級別的NO₂的檢測，許多研究小組致力于制造新型高性能NO₂傳感器。在各種類型的傳感器中，有機化學電阻傳感器的二氧化氮傳感器具有靈敏度高、熱穩定性好、機械穩定性好、生產成本低等優點，在科學和工業領域都受到了越來越多的關注。盡管在靈敏度、選擇性和快速響應/恢復時間方面進行了廣泛的研究，但很少關注傳感器對環境條件的強烈依賴性。事實上，半導體氣體傳感器的化學電阻響應不僅受到目標氣體濃度的影響，而且還受到周圍大氣濕度變化的影響，從而將其應用限制在實驗室水平。

到目前為止，為了實現屏蔽傳感器件在工作過程中的濕度干擾，研究人員大多選用疏水性的傳感材料。Young?Kyu?Jeong課題組制備了一種疏水的共軛有機納米片(CONs)，由于材料本身優異的疏水性和高達200?°C的高溫穩定性，制備的傳感設備能夠在高濕環境下仍然能保持基線水平的不變化，從而很好的屏蔽濕度對響應信號的影響。但是，有機半導體作為一類優異的傳感材料，很多具有優異性能的材料往往不能兼具疏水性的特性。離子共軛材料作為一種新興的傳感材料，通過合理的結構設計已經實現了對多種氣體的高選擇、高靈敏度的檢測，但是由于其剛性的共軛骨架使得其往往不具有疏水特性，因而在氣體檢測過程中受濕度影響較大。因而開發一種有效的方法使得該類材料能夠在高濕下穩定工作至關重要。現有技術公開了稠環方酰胺聚合物二氧化氮傳感器及其制備方法和用途，包括清潔基板，并將叉指電極固定在所述基板上；稱取稠環方酰胺聚合物分散在乙醇中，然后均勻刷涂至已經洗凈烘干的叉指電極上，隨后將刷好的器件在烘箱內干燥，得到稠環方酰胺聚合物二氧化氮傳感器。但是現有有機傳感材料受濕度影響較大，無法在高濕度下工作。

發明內容

針對上述情況，本發明采用一種在萘二胺基克酮酸菁聚合物表面制備疏水層來制備二氧化氮傳感器，并且通過在高濕度環境下改變二氧化氮的濃度來觀察傳感器的電流變化以檢測不同濃度二氧化氮。本發明的二氧化氮傳感器可以抵抗80%的環境濕度，且對40ppb的二氧化氮具有好的檢測限能力，另外，傳感器制作方便，價格低廉，穩定性好。

本發明公開了一種可用于高濕度環境下痕量檢測二氧化氮的克酮酸菁聚合物傳感器，包括疏水層、叉指電極以及覆于叉指電極上的萘二胺基克酮酸菁聚合物膜。

本發明公開了一種痕量檢測二氧化氮的克酮酸菁聚合物傳感器，包括叉指電極以及覆于叉指電極上的萘二胺基克酮酸菁聚合物膜。

本發明中，萘二胺基克酮酸菁聚合物的化學結構式如下：

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