[發明專利]一種改善金屬鹽中毒效應的MEMS硫化氫傳感器及制備方法

有效

• 申請號: 202210495837.2
• 申請日: 2022-05-09
• 公開（公告）號: CN114577864B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 太金水;羅定路
• 申請（專利權）人: 成都晟鐸傳感技術有限公司
• 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: 聶紅霞

1.一種改善金屬鹽中毒效應的MEMS硫化氫傳感器，包括襯底和叉指電極，其特征在于，還包括附著于叉指電極表面的酸性聚合物/金屬鹽復合敏感膜，復合敏感膜內含的氫離子一方面與金屬離子形成競爭摻雜影響敏感材料的導電能力，即在硫化氫氛圍中金屬離子脫摻雜與氫離子替補摻雜共同促進敏感膜自身的導電性，導致傳感器電阻下降；另一方面在傳感器恢復過程中提供酸性環境以在空氣環境下促進金屬硫化物在空氣中重新轉化成金屬鹽，使傳感器恢復初始狀態；

傳感器表面附著的酸性聚合物/金屬鹽復合敏感膜的制備方法如下：將金屬鹽溶解于酸溶液中形成混合液，然后將酸性聚合物單體注入該混合液獲得反應液，最后采用氧化聚合的方法使該反應液在叉指電極表面聚合生長形成酸性聚合物/金屬鹽復合敏感膜，最后在氮氣環境下吹干得到硫化氫傳感器；金屬鹽包括銅鹽、鋅鹽、鎳鹽或錳鹽中的至少一種，酸性聚合物單體包括苯胺、吡咯、噻吩、3-己基噻吩或3,4-乙烯二氧噻吩中的至少一種。

2.根據權利要求1所述的一種改善金屬鹽中毒效應的MEMS硫化氫傳感器，其特征在于，金屬鹽的濃度為0.05-0.1 mol/L。

3.根據權利要求1所述的一種改善金屬鹽中毒效應的MEMS硫化氫傳感器，其特征在于，酸溶液的酸根離子與摻雜的金屬鹽的酸根離子相同。

4.根據權利要求1所述的一種改善金屬鹽中毒效應的MEMS硫化氫傳感器，其特征在于，氧化聚合的方法包括電化學聚合法、化學氧化聚合法、紫外光激勵聚合法、微波輔助聚合法中的任一種。

5.根據權利要求1所述的一種改善金屬鹽中毒效應的MEMS硫化氫傳感器，其特征在于，襯底選自聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亞胺、聚甲基丙烯酸甲酯、硅、二氧化硅或氮化硅陶瓷中的任一種。

6.根據權利要求1所述的一種改善金屬鹽中毒效應的MEMS硫化氫傳感器，其特征在于，叉指電極的材料選自金、銀、銅、石墨烯、碳納米管或導電聚合物中的任意一種。

7.如權利要求1-6任一項所述的一種改善金屬鹽中毒效應的MEMS硫化氫傳感器的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1、取襯底，分別經丙酮與乙醇清洗并干燥，表面制備叉指電極備用；

步驟2、在5-10℃條件下，將0.5-3 mmol金屬鹽溶解于20-50mL，1-3 mol/L的酸溶液中形成混合液，然后將100-300 μL酸性聚合物單體注入該混合液并充分攪拌得到反應液；

步驟3、開始氧化聚合反應，當反應液顏色開始變暗時，將制備好的叉指電極浸泡在反應液中，15-20 min后取出并用與反應液濃度相同的對應金屬鹽的酸溶液滴洗器件表面，然后用氮氣吹干并置于室溫條件真空保存得到硫化氫傳感器；或當反應液顏色開始變暗時置于避光、陰涼處24 h，再將制備好的叉指電極用反應液濃度相同的對應金屬鹽的酸溶液洗滌多次后滴涂該反應液在叉指電極表面制成硫化氫傳感器。

8.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，氧化聚合方法包括化學氧化聚合法，電化學聚合法，紫外光激勵聚合法或微波輔助聚合法，其中，化學氧化聚合法采用10-20mL，0.1 mol/L過硫酸銨逐滴加入上述反應液，并充分攪拌；電化學聚合法采用電化學工作站，將陰陽兩極插入上述反應液中，通入2.0-4.0mA/cm²電流直接聚合；紫外光激勵聚合采用紫外光源照射溶液，紫外光源選用265 nm波長，功率密度為50-200 W/m²；微波輔助聚合法采用微波反應器，功率為20-100 W。