基于方酰胺聚合物的二氧化氮传感器及其制备方法和用途技术

本发明专利技术公开了基于方酰胺聚合物的二氧化氮传感器及其制备方法和用途，并对传感器制备方式条件进行了优化；基于方酰胺聚合物的二化氮传感器包括叉指电极以及覆于叉指电极上的镀膜材料，镀膜材料为方酰胺聚合物，显示出对二氧化氮的优异的传感选择性，其最低检测限低至1 ppb，响应/回复时间为485s/697s。

Nitrogen dioxide sensor based on a square amide polymer and preparation method and use thereof

The invention discloses a nitric oxide sensor based on square amide polymer, its preparation method and application, and optimizes the preparation conditions of the sensor; the nitrogen dioxide sensor based on square amide polymer includes an interdigital electrode and a coating material coated on the interdigital electrode, and the coating material is a square amide polymer, which displays. The optimal sensing selectivity for nitrogen dioxide was obtained. The detection limit was as low as 1 ppb and the response/response time was 485 s/697 s.

【技术实现步骤摘要】
基于方酰胺聚合物的二氧化氮传感器及其制备方法和用途
本专利技术属于有机半导体器件
，具体涉及基于方酰胺聚合物的二氧化氮传感器及其制备方法和用途。
技术介绍
二氧化氮是一种棕红色有刺激性臭味的气体。主要来自于车辆废气、火力发电站和其他工业的燃料燃烧及硝酸、氮肥、炸药的工业生产过程，具有腐蚀性和生理刺激作用，呼吸系统有问题的人士如哮喘患者，较易受二氧化氮的影响。二氧化氮是形成光化学烟雾的主要因素之一，二氧化氮还是酸雨的成因之一，所带来的环境效应多种多样，包括：对湿地和陆生植物物种之间竞争与组成变化的影响，大气能见度的降低，地表的水酸化，富营养化（由于水中富含氮、磷等营养物使得藻类大量繁殖而导致缺氧）以及增加水体中有害于鱼类和其他水生生物的毒素含量。同时二氧化氮对人体健康也有一定的影响，氮氧化物主要损害呼吸道。吸入气体初期仅有轻微的眼及上呼吸道刺激症状，如咽部不适，干咳等。常经数小时至十几小时或更长时间潜伏期后发生迟发型肺水肿、成人呼吸窘迫综合征，出现胸闷、呼吸窘迫、干涸、咯泡沫痰、紫绀等。可并发气胸及纵膈气肿。肺水肿消退后两周左右可出现迟发型阻塞性支气管炎。因此，用于人体健康保护和空气质量监测，开发能够高性能，准确，可靠，快速检测低浓度的NO2气体传感器是非常必要的。
技术实现思路
针对上述情况，本专利技术采用方酰胺聚合物来制备二氧化氮传感器，并且通过在不同浓度的二氧化氮）观察传感器的电流变化来检测不同浓度二氧化氮）。本专利技术的二氧化氮传感器在对二氧化氮的检测限能达到1ppb，并且传感器制作方便，价格低廉，稳定性好。本专利技术采用如下技术方案：一种方酰胺聚合物，其化学结构式如下：其中，n为20~50。上述方酰胺聚合物的制备方法，包括以下步骤，以3,3’-二氨基联苯胺和方酸为原料，在溶剂中，加热反应；反应结束后，待温度降至室温，将产品过滤并用乙酸乙酯洗涤、干燥，得到方酰胺聚合物。一种基于方酰胺聚合物的二氧化氮传感器，所述基于方酰胺聚合物的二氧化氮传感器包括叉指电极以及覆于叉指电极上的镀膜材料；所述镀膜材料为方酰胺聚合物；所述方酰胺聚合物的化学结构式如下：其中，n为20~50。上述技术方案中，所述基于方酰胺聚合物的二氧化氮传感器还包括基板；所述镀膜材料的厚度为100~400μm；所述叉指电极以厚度为1~2mm的氧化铝为基底，其上设置有厚度为100~200nm的银-钯合金电极；所述叉指电极的叉指宽度为50-100μm，叉指间距为200-300μm。一种基于方酰胺聚合物的二氧化氮传感器的制备方法，包括如下步骤：（1）清洁基板，并将叉指电极固定在所述基板上；（2）按照方酰胺聚合物:溶剂=4:1~2的重量比将方酰胺聚合物溶解于溶剂中，得到方酰胺聚合物溶液；所述方酰胺聚合物的化学结构式如下：其中，n为20~50；（3）将方酰胺聚合物溶液刷涂在叉指电极上，于室温下放置，清除溶剂后，于50~80℃干燥0.5~2小时，得到基于方酰胺聚合物的二氧化氮传感器。一种基于方酰胺聚合物的二氧化氮传感器电极的制备方法，包括如下步骤，按照方酰胺聚合物:溶剂=4:1~2的重量比将方酰胺聚合物溶解于溶剂中，得到方酰胺聚合物溶液；将方酰胺聚合物溶液刷涂在叉指电极上，于室温下放置，清除溶剂后，于50~80℃干燥0.5~2小时，得到基于方酰胺聚合物的二氧化氮传感器电极；所述方酰胺聚合物的化学结构式如下：其中，n为20~50。一种方酰胺聚合物溶液的制备方法，包括以下步骤，以3,3’-二氨基联苯胺和方酸为原料，在反应溶剂中，加热反应；反应结束后，待温度降至室温，将产品过滤并用乙酸乙酯洗涤，干燥，得到方酰胺聚合物；按照方酰胺聚合物:溶剂=4:1~2的重量比将方酰胺聚合物溶解于溶剂中，得到方酰胺聚合物溶液。上述技术方案中，所述溶剂选自乙醇、二氯甲烷、乙酸乙酯中的任意一种；所述刷涂通过刷涂笔来完成；每次刷涂结束待表面干燥后再次刷涂；所述干燥的温度为60℃，时间为1小时；所述干燥通过真空烘箱来完成。本专利技术还公开了上述方酰胺聚合物在制备二氧化氮传感器或者二氧化氮传感器电极中的应用或者上述方酰胺聚合物溶液在制备二氧化氮传感器或者二氧化氮传感器电极中的应用；或者上述基于方酰胺聚合物的二氧化氮传感器在二氧化氮检测中的应用。本专利技术的基于方酰胺聚合物的二氧化氮传感器包括叉指电极和镀膜材料，还包括基板等；所述镀膜材料被刷涂在所述叉指电极上，并且其厚度为100~400μm。优选的，在上述基于的二氧化氮传感器中，所述叉指电极以厚度为1~2mm的氧化铝（Al2O3）为基底，其上设置有厚度为100~200nm的银-钯（Ag-Pd）合金电极。优选的，在上述基于的二氧化氮传感器中，所述叉指电极的叉指宽度为50-100μm，叉指间距为200-300μm。优选的，所述基板选自玻璃基板、PE基板、铁片基板中的任意一种，优选玻璃基板；所述固定通过双面胶粘合的方式来完成。优选的，所述溶剂选自乙醇、二氯甲烷、乙酸乙酯中的任意一种，优选乙醇。优选的，所述刷涂过刷涂笔来完成。优选的，所述刷涂的参数设置如下：刷涂次数20次左右，每次刷涂结束待表面干燥后再次刷图。优选的，所述干燥的温度为60℃，时间为1小时。优选的，所述干燥通过真空烘箱来完成。与现有技术相比，利用上述技术方案的本专利技术具有如下优点：（1）本专利技术公开的器件制备便捷，操作简单；（2）本专利技术公开的器件响应时间短，对于二氧化氮变化响应高于常见的金属氧化物，检测限低；（3）本专利技术公开的器件回复时间短，器件性能稳定。附图说明图1为方酰胺聚合物的SEM图；图2为方酰胺聚合物的红外图；图3X射线衍射图；图4为聚合物紫外可见图谱；图5聚合物热重分析图；图6聚合物吸脱附曲线；图7为基于的二氧化氮传感器的实物图；图8不同浓度的二氧化氮在0-20V电压下的电流变化；图9不同二氧化氮浓度下脉冲曲线；图10方酰胺聚合物传感器对800ppb二氧化氮的响应时间和回复时间；图11方酰胺聚合物传感器对不同气体的响应性。具体实施方式下文将结合附图和具体实施例来进一步说明本专利技术的技术方案。除非另有说明，下列实施例中所使用的试剂、材料、仪器等均可通过商业手段获得。实施例1方酰胺聚合物的合成与传感器的制备（1）方酰胺聚合物的合成：称取3,3’-二氨基联苯胺(324mg,1.51mmol.)和方酸(300mg,2.63mmol)，并置于正丁醇(35mL)中，130℃加热并回流反应18h，反应结束后，待温度降至室温，将产品过滤并用乙酸乙酯洗涤３次，过滤，真空干燥，得到（0.53g，产率81%），其显微结构示意图如图1所示，n为20~50。图2、图3为方酰胺聚合物的红外图与X射线衍射图，图4为聚合物紫外可见图谱，图5为聚合物热重分析图，图6为聚合物吸脱附曲线。从红外光谱图中可以看到原料方酸的羟基缔合峰消失不见，并且产物羰基峰相对明显，并与方酸中的羰基发生了位移，由此可见聚合物成功的合成出来；且方酰胺聚合物在X射线衍射（XRD）测试中，表现出弱的结晶性，可以得到方酰胺聚合物的带隙为1.65eV，可以看到方酰胺的95%失重为193℃，得到其较低的比表面积：7.7m2/g.（2）传感器的制备：（a）清洁玻璃基板，并通过双面胶将叉指电极粘合在基板上，该叉指电极以氧化铝（1mm）为基底，其上设置有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方酰胺聚合物，其化学结构式如下：

【技术特征摘要】
1.一种方酰胺聚合物，其化学结构式如下：其中，n为20~50。2.权利要求1所述方酰胺聚合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，以3,3’-二氨基联苯胺和方酸为原料，在溶剂中，加热反应；反应结束后，待温度降至室温，将产品过滤并用乙酸乙酯洗涤、干燥，得到方酰胺聚合物。3.一种基于方酰胺聚合物的二氧化氮传感器，其特征在于，所述基于方酰胺聚合物的二氧化氮传感器包括叉指电极以及覆于叉指电极上的镀膜材料；所述镀膜材料为方酰胺聚合物；所述方酰胺聚合物的化学结构式如下：其中，n为20~50。4.根据权利要求3所述基于方酰胺聚合物的二氧化氮传感器，其特征在于，所述基于方酰胺聚合物的二氧化氮传感器还包括基板；所述镀膜材料的厚度为100~400μm；所述叉指电极以厚度为1~2mm的氧化铝为基底，其上设置有厚度为100~200nm的银-钯合金电极；所述叉指电极的叉指宽度为50-100μm，叉指间距为200-300μm。5.一种基于方酰胺聚合物的二氧化氮传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）清洁基板，并将叉指电极固定在所述基板上；（2）按照方酰胺聚合物:溶剂=4:1~2的重量比将方酰胺聚合物溶解于溶剂中，得到方酰胺聚合物溶液；所述方酰胺聚合物的化学结构式如下：其中，n为20~50；（3）将方酰胺聚合物溶液刷涂在叉指电极上，于室温下放置，清除溶剂后，于50~80℃干燥0.5...

【专利技术属性】
技术研发人员：路建美，贺竞辉，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32