对氰化氢气体和水蒸气有着相反响应信号的氧化铜修饰的石英晶体微天平传感器制造技术

本发明专利技术属于气体传感技术领域，特别涉及对氰化氢气体和水蒸气有着正负相反响应信号的氧化铜纳米颗粒修饰的石英晶体微天平(QCM)传感器。本发明专利技术是采用直径为5～16nm(平均直径为7.7nm)的氧化铜纳米颗粒，分别对QCM晶振的银电极的两个表面进行修饰，得到氧化铜纳米颗粒修饰的QCM晶振，从而得到对氰化氢气体和水蒸气有着相反响应信号的QCM传感器。将所制备的QCM传感器置于气体检测室内检测氰化氢气体和水蒸气。本发明专利技术的氧化铜纳米颗粒修饰的QCM传感器对氰化氢气体和水蒸气分别产生正负相反的响应信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于气体传感
，特别涉及对氰化氢气体和水蒸气有着正负相反响应信号的氧化铜纳米颗粒修饰的石英晶体微天平(QCM)传感器。 
技术介绍
灵敏度、响应时间、恢复时间、重复性和选择性是考察一个传感器好坏的重要指标。高的灵敏度可以使传感器在目标气体浓度远低于危害浓度时就能够产生有效的警报，使人们可以提前离开或做好防护措施。快的响应时间可以让人们能够及时得到危险的警报，而这对于危害极大的氰化氢毒剂显得尤为重要。快的恢复时间则可以使传感器在目标气体消失后迅速地恢复到初始状态，解除警报，恢复正常秩序，避免引起过度恐慌。好的重复性则可以多次重复利用该传感器，提高传感器的利用率，避免资源浪费。高的选择性则可以让人们快速的分辨出目标气体为何种成分，以让人们有针对性地采取相应的措施。其中，选择性是衡量传感器好坏的重中之重。目前，研究和开发具有较高选择性的传感器具有重要的实用意义和广阔的应用前景。  氰化氢是一种剧毒化合物，在生产、储存及使用过程中要对其进行实时的监测(Patnaik,P.,Cyanides,Inorganic.John Wiley&Sons,Inc.:2006；p317-335)。在传感器的实际应用中，空气中的水蒸气对各种类型的传感器都有严重的干扰。研究制备一种能够明显区分水蒸气干扰的针对氰化氢气体的新型传感器有着十分重要的实用意义。石英晶体微天平(Quartz Crystal Microbalance,QCM)是一种以质量变化为依据的传感器，具有特异性好、灵敏度高、成本低廉和操作简单等优点(Lee,S.；Takahara,N.；Korposh,S.；Yang,D.；Toko,K.；Kunitake,T.,Anal.Chem.2010,82(6),2228-2236)。早在1959年，德国人Sauerbrey推导出气相中压电晶体表面所负载质量与谐振频移之间的方程式，即ΔF＝-2.26×10-6F02ΔM/A，其中ΔF:压电晶体的频率变化；F0:压电晶体的固有振动频率(Hz)；ΔM:压电晶体表面负载物质的质量(g)；A:接触面积(cm2)。由此方程式可知,当压电晶体表面负载的物质质量增大时，压电晶体的频率就会减小；当压电晶体表面负载的物质质量减小时，压电晶体的频 率就会增大，频率变化ΔF与质量变化ΔM存在一个反比例关系。 
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种对氰化氢气体和水蒸气有着相反响应信号的氧化铜纳米颗粒修饰的石英晶体微天平传感器。  本专利技术的目的之二是提供一种对氰化氢气体和水蒸气有着相反响应信号的氧化铜纳米颗粒修饰的石英晶体微天平传感器的制备方法。  本专利技术的对氰化氢气体和水蒸气有着相反响应信号的氧化铜纳米颗粒修饰的石英晶体微天平(QCM)传感器主要是针对QCM晶振的银电极进行加工处理。本专利技术通过溶剂法制备出氧化铜纳米颗粒粉末，然后将得到的氧化铜纳米颗粒粉末分散于纯水中形成悬浊液后，采用滴涂的方法修饰到QCM晶振的银电极的表面，从而得到用于检测氰化氢气体和水蒸气的石英晶体微天平(QCM)传感器(晶振)；所得到的QCM晶振置于气体检测室中以检测氰化氢气体和不同相对湿度的水蒸气。  本专利技术的对氰化氢气体和水蒸气有着相反响应信号的氧化铜纳米颗粒修饰的石英晶体微天平(QCM)传感器，是在石英晶体微天平晶振的银电极的两个表面均修饰有直径为5～16nm(平均直径为7.7nm)的氧化铜纳米颗粒。  所述的在石英晶体微天平晶振的银电极的两个表面均修饰有直径为5～16nm(平均直径为7.7nm)的氧化铜纳米颗粒，其两个表面的修饰量都为3～7.5微克。  所述的石英晶体微天平晶振的银电极的面积是0.196cm2。  本专利技术的对氰化氢气体和水蒸气有着相反响应信号的氧化铜纳米颗粒修饰的石英晶体微天平(QCM)传感器，是采用直径为5～16nm(平均直径为7.7nm)的氧化铜纳米颗粒，分别对QCM晶振的银电极的两个表面进行修饰，得到氧化铜纳米颗粒修饰的QCM晶振，从而得到对氰化氢气体和水蒸气有着相反响应信号的石英晶体微天平(QCM)传感器，具体制备方法包括以下步骤：  (1)在室温下取6～12毫克直径为5～16nm(平均直径为7.7nm)的氧化铜纳米颗粒分散于4～6毫升的纯水中，超声分散(一般超声分散的时间为8～15分钟)形成均一分散的悬浊液；  (2)取4～8微升(可采用微量注射器)步骤(1)得到的均一分散的悬浊液，滴涂在石英晶体微天平(QCM)晶振的银电极的一侧表面上(该QCM晶振的银电极的面积是0.196cm2)；  (3)将步骤(2)得到的石英晶体微天平(QCM)晶振置入干燥箱中，于60℃条件下进行干燥后(一般干燥的时间为1～2小时)，再取4～8微升(可用微量注射器移取)步骤(1)所得均一分散的悬浊液，滴涂于石英晶体微天平(QCM)晶振的银电极的另一侧表面上；  (4)将步骤(3)得到的石英晶体微天平(QCM)晶振置入干燥箱中，于60℃条件下进行干燥(一般干燥的时间为10～15小时)，得到在石英晶体微天平晶振的银电极的两个表面均修饰有直径为5～16nm(平均直径为7.7nm)的氧化铜纳米颗粒的石英晶体微天平(QCM)传感器。  所述的纯水是电阻率为18.2MΩ·cm的超纯水。  所述的氧化铜纳米颗粒可由以下方法制备得到：  (1)室温下取1～3克的乙酸铜溶于60～90毫升的乙醇中，搅拌形成均一溶液；  (2)室温下取0.4～1.2克的氢氧化钠加入到步骤(1)得到的溶液中，搅拌形成蓝色悬浊液；  (3)将步骤(2)得到的蓝色悬浊液加入到反应釜中，于120℃下反应2小时；  (4)将步骤(3)得到的产物过滤，水洗，空气中干燥，得到直径为5～16nm(平均直径为7.7nm)的氧化铜纳米颗粒粉末。  步骤(1)和步骤(2)所述的搅拌，较佳的搅拌的时间均是30～60分钟。  步骤(4)所述的干燥，较佳的是在温度为70～90℃的空气中干燥，干燥时间较佳的是12小时以上。  所述的乙醇的纯度大于等于99.7wt％；所述的水洗所用的水是电阻率为18.2MΩ·cm的超纯水。  本专利技术的对氰化氢气体和水蒸气有着相反响应信号的氧化铜纳米颗粒修饰的石英晶体微天平(QCM)传感器(晶振)，在用于检测氰化氢气体和水蒸气时的检测方法之一：  (1)将本专利技术的石英晶体微天平(QCM)传感器，置于石英晶体微天平(QCM)的检测系统中的气体检测室中，然后向气体检测室中以800mL/min的流量通入空气，同时通过配有信号采集系统的电脑来记录由气体检测室中的石英晶体微天平(QCM)晶振传感的、由频率计采集的银电极的振动频率变化产生的频率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对氰化氢气体和水蒸气有着相反响应信号的氧化铜纳米颗粒修饰的石英晶体微天平传感器，其特征是：所述的石英晶体微天平传感器是在石英晶体微天平晶振的银电极的两个表面均修饰有直径为5～16nm的氧化铜纳米颗粒。

【技术特征摘要】
1.一种对氰化氢气体和水蒸气有着相反响应信号的氧化铜纳米颗粒修饰
的石英晶体微天平传感器，其特征是：所述的石英晶体微天平传感器是在石
英晶体微天平晶振的银电极的两个表面均修饰有直径为5～16nm的氧化铜纳
米颗粒。
2.根据权利要求1所述的对氰化氢气体和水蒸气有着相反响应信号的氧
化铜纳米颗粒修饰的石英晶体微天平传感器，其特征是：所述的在石英晶体
微天平晶振的银电极的两个表面均修饰有直径为5～16nm的氧化铜纳米颗粒，
其两个表面的修饰量都为3～7.5微克。
3.根据权利要求1或2所述的对氰化氢气体和水蒸气有着相反响应信号的
氧化铜纳米颗粒修饰的石英晶体微天平传感器，其特征是：所述的氧化铜纳
米颗粒是由以下方法制备得到：
(1)室温下取1～3克的乙酸铜溶于60～90毫升的乙醇中，搅拌形成均一溶
液；
(2)室温下取0.4～1.2克的氢氧化钠加入到步骤(1)得到的溶液中，搅拌
形成悬浊液；
(3)将步骤(2)得到的悬浊液加入到反应釜中，于120℃下进行反应；
(4)将步骤(3)得到的产物过滤，水洗，空气中干燥，得到直径为5～16nm
的氧化铜纳米颗粒粉末。
4.根据权利要求3所述的对氰化氢气体和水蒸气有着相反响应信号的氧
化铜纳米颗粒修饰的石英晶体微天平传感器，其特征是：所述的氧化铜纳米
颗粒的平均直径为7.7nm。
5.根据权利要求3所述的对氰化氢气体和水蒸气有着相反响应信号的氧
化铜纳米颗粒修饰的石英晶体微天平传感器，其特征是：所述的乙醇的纯度
大于等于99.7wt％。
6.根据权利要求3所述的对氰化氢气体和水蒸气有着相反响应信号的氧
化铜纳米颗粒修饰的石英晶体微天平传感器，其特征是：所述的水洗所用的
水是电阻率为18.2MΩ·cm的超纯水。
7.根据权利要求1或2所述的对氰化氢气体和水蒸气有着相反响应信号的
氧化铜纳米颗粒修饰的石英晶体微天平传感器，其特征是：所述的石英晶体
微天平晶振的银电极的面积是0.196cm2。
8.一种权利要求1～7任意一项所述的对氰化氢气体和水蒸气有着相反响

\t应信号的氧化铜纳米颗粒修饰的石英晶体微天平传感器的制备方法，其特征
是，所述的制备方法包括以下步骤：

【专利技术属性】
技术研发人员：贺军辉，杨明庆，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11