本发明专利技术公开了一种聚苯胺/二氧化钛薄膜QCM气敏传感器及其制备方法。以AT切型，10MHz的石英晶体微天平为基片，采用静电层层自组装聚苯胺/二氧化钛纳米复合物的方法制成气体敏感薄膜，经热处理除去水分子后，制得聚苯胺/二氧化钛复合物频率型薄膜气敏传感器。其中测得的频率信号灵敏度和分辨率远远优于对应的电阻信号,聚合的纳米复合的聚苯胺/二氧化钛自组装层能极大的提高元件的室温气敏响应。该方法制备工艺简单，成本低，尤其适用于批量生产。对氨气和硫化氢具有很高响应灵敏度和很好的回复性，能在室温下检测和长期稳定等特点，可广泛应用于工农业生产过程及大气环境中低浓度有毒气体的室温精确测量与控制。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于石英晶体微天平基底(QCM)的聚苯胺/ 二氧化钛频率型薄膜气敏传感器及其制作方法。
技术介绍
气体传感器是一类重要的化学传感器，在仓储、工业生产、过程控制、环境监测等方面有着广泛的应用，并在现代科技发展和人们生活中起着日益重要的作用。不断地追求高性能，低成本，小尺寸等成为了传感器亟待解决的难题。同时新材料新技术的引入和创新，使解决这些难题成为可能。传统的气体传感器敏感材料通常有无机半导体材料和有机导电聚合物两大类。无机半导体材料通常需要在高温条件下才能用来检测气体(往往需要把传感器元件加热到几百摄氏度的操作温度下才能有较好的气体敏感性)，但高温检测对实际的操作带来了许多不便，研发高灵敏度又具有室温响应特性的气体传感器显得尤为重要。导电聚合物又因为其长期稳定性，灵敏度低等因素限制了其广泛应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种聚苯胺/ 二氧化钛薄膜QCM气敏传感器及其制备方法。一种聚苯胺/ 二氧化钛薄膜QCM气敏传感器，以QCM为基体，在基体表面上蒸发、光刻对称金电极，在金电极上连接有引线，在石英晶体基体和金电极表面上涂覆有气敏薄膜，气敏薄膜为聚苯胺/二氧化钛的自组装纳米复合物。所述的石英晶体基体是AT切型，基频是1MHz。所述的气敏薄膜由用修饰过的QCM基片上层层静电自组装二氧化钛纳米粒子和聚苯乙烯磺酸掺杂的聚苯胺而制得的。所述的QCM基片的修饰方法，步骤如下: DQCM基片用皮尔卡试剂处理10~30 min，使其带上羧基等负电荷基团，把处理好的基片用去离子淋洗1~2 min并用氮气吹干； 2)浸入l~3%wt聚二甲基二烯丙基氯化铵(TODA)水溶液中5~10min，取出用去离子淋洗1~2 min并用氮气吹干； 3)把基片再浸入聚苯乙烯磺酸钠(PSS)中5~10min，取出用去离子淋洗1~2 min并用氮气吹干； 4)依次再重复进行步骤2)和步骤3)2-3次，使基片上的金电极修饰上2~5个双层的PDDA和PSS，得到修饰过的QCM基片。5.根据权利要求3所述的气敏传感器，其特征在于:所述的自组装步骤如下: 5)把修饰过的QCM基片浸入1~3mg/mL的二氧化钛纳米粒子水溶液5~10 min，取出用PH值为1.5的盐酸淋洗1~2 min并用氮气吹干； 6)把修饰过的QCM基片浸入1~3mg/mL的聚苯乙烯磺酸掺杂的聚苯胺水溶液5~10min，按苯乙烯磺酸单体与苯胺单体摩尔比1:1进行掺杂，取出用PH值为1.5的盐酸淋洗1~2 min并用氮气吹干； 7)依次再重复进行步骤5)和步骤6) 10-40次，使QCM基片修饰上10~40个双层的聚苯胺和二氧化钛，最后一层用聚苯胺自组装后不用淋洗直接吹干，制得聚苯胺/ 二氧化钛复合频率型薄膜气敏传感器。一种所述的气敏传感器的制备方法，步骤如下: DQCM基片用皮尔卡试剂处理10~30 min，使其带上羧基等负电荷基团，把处理好的基片用去离子淋洗1~2 min并用氮气吹干； 2)浸入l~3%wt聚二甲基二烯丙基氯化铵(TODA)水溶液中5~10min，取出用去离子淋洗1~2 min并用氮气吹干； 3)把基片再浸入聚苯乙烯磺酸钠(PSS)中5~10min，取出用去离子淋洗1~2 min并用氮气吹干； 4)依次再重复进行步骤2)和步骤3)2-3次，使基片上的金电极修饰上2~5个双层的PDDA和PSS，得到修饰过的QCM基片； 5)把修饰过的QCM基片浸入1~3mg/mL的二氧化钛纳米粒子水溶液5~10 min，取出用PH值为1.5的盐酸淋洗1~2 min并用氮气吹干； 6)把修饰过的QCM基片浸入1~3mg/mL的聚苯乙烯磺酸掺杂的聚苯胺水溶液5~10min，按苯乙烯磺酸单体与苯胺单体摩尔比1:1进行掺杂，取出用PH值为1.5的盐酸淋洗1~2 min并用氮气吹干； 7)依次再重复进行步骤5)和步骤6)10-40次，使QCM基片修饰上10~40个双层的聚苯胺和二氧化钛，最后一层用聚苯胺自组装后不用淋洗直接吹干，制得聚苯胺/ 二氧化钛复合频率型薄膜气敏传感器。本专利技术的有益效果是: 1)所制备的聚苯胺/二氧化钛复合物敏感膜具有很薄的厚度(100~600 nm)，使传感器具有很高的灵敏度(能够对1ppm的气体有准确响应，频率变化为10Hz-20Hz)及极短响应时间(10-60 s)； 2)采用层层自组装法制备聚苯胺/二氧化钛复合物敏感膜，该方法操作简单，成本低廉，简单易行。而且可以通过控制自组装的层数，能精确的控制制备敏感膜的厚度，从而达到调节传感器敏感性能； 3)用聚苯乙烯磺酸掺杂的聚苯胺具有一定的水溶性，能很好的分散在水中，解决了聚苯胺难以加工的困难； 4)用溶胶凝胶法制备二氧化钛纳米粒子，能很好的控制生长纳米粒子的尺寸及浓度，并且能在水溶液中稳定存在几个月； 5)采用层层自组装制备的敏感膜非常稳定，并且在QCM基片上具有很好的粘附性，使器件在使用几个月后，其性能也十分稳定。【附图说明】图1是本专利技术实施例所述的聚苯胺/二氧化钛复合敏感膜的自组装XRD图谱； 图2是本专利技术实施例所述的聚苯胺/ 二氧化钛复合敏感膜的自组装FTIR图谱；图3是本专利技术实施例所述的自组装不同层数的聚苯胺和二氧化钛双层对QCM传感器响应特性的影响图； 图4是本专利技术实施例所述的制备的QCM气敏传感器对NH3的动态响应图； 图5是本专利技术实施例所述制备的传感器分别对乙醇，硫化氢，三甲胺的响应特性曲线图。【具体实施方式】本专利技术提供一种基于石英晶体微天平(QCM)为基地的聚苯胺/ 二氧化钛频率型薄膜气敏传感器及其制作方法。以下结合附图和实施例进一步说明本专利技术。这种聚苯胺/二氧化钛频率型薄膜气敏元件，气敏薄膜为聚苯胺和二氧化钛的纳米复合物薄膜，它是由聚苯胺和二氧化钛层层自组装在QCM基片上而制得的。层层静电自组装是一种利用物质间的静电吸引力来制备纳米层次的自组装复合物薄膜。利用该项技术很容易的能制备聚苯胺和二氧化钛的纳米复合物，从而增大其复合效应。实施例本实施例以基频为8M Hz AT切气敏传感器为例，按照权利要求书所述的内容合成聚苯胺/ 二氧化钛敏感膜，并制备相关对应的QCM气敏传感器。具体制制备方法如下所述: I) QCM基片清洗 首先将已经准备好的QCM基片经无水乙醇和丙酮浸泡清洗2个小时，烘干3个小时，备用。2) QCM基片的修饰 1.讲准备好的QCM基片用皮尔卡试剂处理10 min，使其带上羧基等负电荷基团，把处理好的QCM基片用去离子淋洗I min并用氮气吹干。2.浸入l%wt聚二甲基二烯丙基氯化铵(I3DDA)水溶液中5 min，取出用去离子淋洗I min并用氮气吹干。3.把QCM基片再浸入聚苯乙烯磺酸钠(PSS)中5 min,取出用去离子淋洗I min并用氮气吹干。依次重复进行步骤2和步骤3两次，使QCM基片修饰上两个双层的I3DDA和PSS，得到修饰过的QCM基片。3)聚苯胺/ 二氧化钛复合物气敏传感器制备 1.把修饰过的QCM基片浸入I mg/mL的二氧化钛纳米粒子水溶液5 min，取出用PH值为1.5的盐酸淋洗I min并用氮气吹干。2.把修饰过的QCM基片浸入I mg/mL的聚苯乙烯磺酸掺杂的聚苯本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种聚苯胺/二氧化钛薄膜QCM气敏传感器，其特征在于：以 QCM为基体，在基体表面上蒸发、光刻对称金电极，在金电极上连接有引线，在石英晶体基体和金电极表面上涂覆有气敏薄膜，气敏薄膜为聚苯胺/二氧化钛的自组装纳米复合物。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王俊，崔绍庆，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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