一种制造聚合物复合气体敏感薄膜的方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种聚合物复合气体敏感薄膜的制造方法，包括：制备氧化石墨烯量子点分散液，接着通过化学原位沉积的方法在石墨烯量子点上制备导电聚合物薄膜，然后采用LB膜法将氧化石墨烯量子点/导电聚合物纳米结构组装为层状有序薄膜，进一步将氧化石墨烯量子点/导电聚合物层状有序结构在水汽环境中进行热处理，获得多孔还原氧化石墨烯量子点/导电聚合物纳米结构，最后在多孔结构表面沉积原子层金属氧化物，从而获得一种多孔还原氧化石墨烯量子点/导电聚合物作/金属氧化物复合薄膜作为气体敏感薄膜。该方法制备的复合薄膜具有比表面积大、有序性高的特点，具有良好的气敏活性，在高性能气体敏感材料上有十分广泛的用途。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术实施例公开了一种聚合物复合气体敏感薄膜的制造方法，包括：制备氧化石墨烯量子点分散液，接着通过化学原位沉积的方法在石墨烯量子点上制备导电聚合物薄膜，然后采用LB膜法将氧化石墨烯量子点/导电聚合物纳米结构组装为层状有序薄膜，进一步将氧化石墨烯量子点/导电聚合物层状有序结构在水汽环境中进行热处理，获得多孔还原氧化石墨烯量子点/导电聚合物纳米结构，最后在多孔结构表面沉积原子层金属氧化物，从而获得一种多孔还原氧化石墨烯量子点/导电聚合物作/金属氧化物复合薄膜作为气体敏感薄膜。该方法制备的复合薄膜具有比表面积大、有序性高的特点，具有良好的气敏活性，在高性能气体敏感材料上有十分广泛的用途。【专利说明】
本专利技术涉及气体传感器敏感材料
，尤其是涉及一种制造聚合物复合气体 敏感薄膜的方法。
技术介绍
石墨烯材料由于具备特殊能带结构、大比表面积、高载流子迁移率、低噪声响应等 优良性能，正成为下一代气体传感器敏感材料的研究热点。但是，本征石墨烯只对二氧化氮 (N02)、氨气（NH3)等少数气体有较高的灵敏度，而且选择性差。目前的解决该问题的一些措 施是通过如调整器件结构及利用石墨烯的低噪声响应特性等来改善其对多种气体的敏感 特性，但效果并不明显，而且制备工艺较为复杂。 最近的一些研究表明，官能团多样化的掺杂石墨烯和具有一定缺陷结构的石墨烯 对更多的气体体现出良好的响应特性。氧化石墨烯（graphene oxide,G0)是石墨烯的一种 衍生物，它是由氧化石墨剥离而成的单层或多层石墨烯片，其成本低廉并易于大面积成膜， 因而其更适宜于低成本传感器。由于G0中的碳层接入了丰富的极性官能团，使得G0对更 多的有毒、有害气体体现出良好的响应特性。国外学者研究了单层G0对DMMP(甲基膦酸二 甲酯)等有毒有害气体的响应特性，研究结果表明传感器能够实现对敏感气体ppb级别的快 速检测，但未对传感器的选择性进行进一步研究。另外，G0可以通过多种方法进行还原来 获得还原氧化石墨烯（RG0)，有报道表明G0在还原过程中能够体现出气敏性能可调制这一 特殊性能。如国外学者研究了热还原对获得的RG0气敏特性的影响，研究结果表明随热处 理温度的变化，RG0对NH 3体现出不同的敏感特性，推测这是由于不同还原程度导致G0表面 有效气体吸附点的变化，最终影响了传感器的灵敏度。因此，以G0为基体材料可以构建气 敏性能可调制的敏感单元，通过结构的变化实现对不同气体的高灵敏度响应。 但是，由于G0中有效气体吸附点的不稳定性，导致气体敏感选择性较差，尤其难 以实现复杂环境中低浓度气体的快速检测。目前，通过复合其它材料来改善G0的气敏选择 性已有报道，而导电聚合物由于更易于与G0材料复合并能实现室温探测而成为研究的热 点。但如何实现G0与导电聚合物的良好复合，并能够提供导电聚合物纳米结构仍然是获得 高性能复合敏感薄膜函待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供，其中该方法 制造的聚合物复合气体敏感薄膜基于导电聚合物、氧化石墨烯量子点和原子层金属氧化物 的复合材料，通过三者之间的良好协同作用，充分发挥各组份的优点，从而具有良好的气体 敏感性。 本专利技术公开的技术方案包括： 提供了，其特征在于，包括：将氧化石墨烯量 子点和氧化剂溶于第一有机溶剂中，获得氧化石墨烯量子点/氧化剂分散液；将导电聚合 物单体溶于第二有机溶剂溶液中，获得导电聚合物单体分散液；将所述氧化石墨烯量子点 /氧化剂分散液和所述导电聚合物单体分散液混合使所述导电聚合物单体发生聚合反应， 获得氧化石墨烯量子点/导电聚合物分散液；将所述氧化石墨烯量子点/导电聚合物分散 液的至少一部分铺展于LB膜槽中的混合溶剂表面，形成氧化石墨烯量子点/导电聚合物复 合薄膜；将所述氧化石墨烯量子点/导电聚合物复合薄膜的至少一部分转移至基片表面； 将形成了所述氧化石墨烯量子点/导电聚合物复合薄膜的所述基片置于高温水汽气氛中 进行热处理，获得多孔氧化石墨烯量子点/导电聚合物复合薄膜；在所述多孔氧化石墨烯 量子点/导电聚合物复合薄膜上沉积金属氧化物层，获得多孔氧化石墨烯量子点/导电聚 合物/金属氧化物复合薄膜。 本专利技术的一个实施例中，所述第一溶剂为超纯水和甲醇的混合溶液。 本专利技术的一个实施例中，第二有机溶剂为正丁醇、异丙醇和丙酮中的一种或多种 形成的混合溶剂。 本专利技术的一个实施例中，所述的导电聚合物单体为噻吩和/或3, 4-乙烯二氧噻 吩。 本专利技术的一个实施例中，所述的氧化剂为三氯化铁或者甲基苯磺酸铁。 本专利技术的一个实施例中，所述混合溶剂为超纯水与正丁醇、甲醇和异丙醇中的一 种形成的混合溶液。 本专利技术的一个实施例中，所述高温水汽气氛的温度为200摄氏度至220摄氏度，蒸 汽压力为〇· 11至〇· 15兆帕（MPa)。 本专利技术的一个实施例中，在所述高温水汽气氛中的热处理的时间为30分钟至40 分钟。 本专利技术的一个实施例中，所述金属氧化物为氧化钛或者氧化锌。 本专利技术的一个实施例中，所述基片为硅/二氧化硅/金平面电极结构。 本专利技术的一个实施例中，用原子层沉积方法或者化学气相沉积方法在形成了所述 多孔氧化石墨烯量子点/导电聚合物薄膜的基片上沉积所述金属氧化物层。 根据本专利技术实施例所提供的制造聚合物复合气体敏感薄膜方法制造的复合气体 敏感薄膜中，采用了一种多孔结构，包括氧化石墨烯量子点、导电聚合物、金属氧化物，通过 将氧化石墨烯量子点与导电聚合物形成良好多孔结构，然后再在多孔结构表面沉积超薄金 属氧化物层来增加多孔结构的活性，从而在大大增强气敏材料比表面积的同时增强薄膜的 敏感活性。该材料可以在多种器件表面进行组装，进而制备高性能的气敏传感器。 【专利附图】【附图说明】 图1是本专利技术一个实施例的制造聚合物复合气体敏感薄膜方法的流程示意图。 【具体实施方式】 下面将结合附图详细说明本专利技术的实施例的制造聚合物复合气体敏感薄膜的方 法的具体步骤。 如图1所示，本专利技术的一个实施例中， 包括步骤10、步骤12、步骤14和步骤16。 步骤10 :制备氧化石墨烯量子点/导电聚合物溶液。 本专利技术的实施例的方法中，首先将氧化石墨烯量子点与氧化剂溶于第一有机溶剂 中，以获得氧化石墨烯量子点/氧化剂分散液，以利于导电聚合物的聚合。然后将导电聚合 物单体溶于第二溶液中，以获得导电聚合物单体溶液。 本专利技术的实施例中，导电聚合物单体可以为噻吩、3, 4-乙烯二氧噻吩和/或其他 适合的导电聚合物单体材料。本专利技术的实施例中，这些聚合物材料可以单独使用，也可以两 种全部同时使用。 本专利技术的实施例汇总，氧化剂可以为三氯化铁、甲基苯磺酸铁或者其他的适合的 氧化剂材料。 本专利技术的实施例中，第一溶剂可以为超纯水和甲醇的混合溶液；第二有机溶剂可 以为正丁醇、异丙醇和丙酮中的一种或两种形成的混合溶剂。 本专利技术的实施例中，在获得氧化石墨烯量子点/氧化剂分散液和导电聚合物单体 溶液后，可以将两种溶液在20摄氏度至25摄氏度温度下混合并搅拌。在这种情况下，混合 溶液中的导电聚合物单体在氧化剂的作用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造聚合物复合气体敏感薄膜的方法，其特征在于，包括：将氧化石墨烯量子点和氧化剂溶于第一有机溶剂中，获得氧化石墨烯量子点/氧化剂分散液；将导电聚合物单体溶于第二有机溶剂溶液中，获得导电聚合物单体分散液；将所述氧化石墨烯量子点/氧化剂分散液和所述导电聚合物单体分散液混合使所述导电聚合物单体发生聚合反应，获得氧化石墨烯量子点/导电聚合物分散液；将所述氧化石墨烯量子点/导电聚合物分散液的至少一部分铺展于LB膜槽中的混合溶剂表面，形成氧化石墨烯量子点/导电聚合物复合薄膜；将所述氧化石墨烯量子点/导电聚合物复合薄膜的至少一部分转移至基片表面；将形成了所述氧化石墨烯量子点/导电聚合物复合薄膜的所述基片置于高温水汽气氛中进行热处理，获得多孔氧化石墨烯量子点/导电聚合物复合薄膜；在形成了多孔氧化石墨烯量子点/导电聚合物薄膜的基片上沉积金属氧化物层，获得多孔氧化石墨烯量子点/导电聚合物/金属氧化物复合薄膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨亚杰，杨晓洁，袁文涛，杨文耀，徐建华，蒋亚东，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51