一种氨基功能化碳纳米管电阻型甲醛气体传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氨基功能化碳纳米管电阻型甲醛气体传感器及其制备方法，该气体传感器由柔性基体、叉指电极、气敏薄膜和引线组成。气敏薄膜是由经单宁酸和聚乙烯亚胺改性后的氨基功能化碳纳米管构成。该气体传感器能够在常温下对甲醛气体进行检测，对湿度不敏感，抗干扰能力强，并且响应灵敏度高，响应快。该气体传感器的制备方法简单，易于控制，适用于批量生产,因此可适用于工业生产、过程控制、环境监测、现代农业生产等领域对甲醛的灵敏检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及气体传感器领域,具体涉及一种氨基功能化碳纳米管电阻型甲醛气体传感器及制备方法。
技术介绍
随着智能化、信息化的不断发展,现代社会的诸多领域,包括环境监测、工业生产、医疗诊断和国防军事等,对环境中气体实时监测要求越来越高。其中甲醛气体由于存在的范围广，对人体的毒害大，因此对甲醛的实时监测尤其重要。发展轻量化、便携式的甲醛气体传感器将会显著影响人类的生活.目前,主要使用的甲醛气体传感器是金属氧化物半导体(MOS)传感器和固态电解质(SE)传感器，但二者都需要在较高温度下工作,消耗功率大、灵敏度低、抗干扰能力较差,使用不便.随着纳米技术的发展,近年来发表了大量的有关纳米气体传感器的研究报道,特别是碳纳米管(CNTs)气体传感器已获得明显进展。碳纳米管作为气体传感器有着诸多的优点：比表面积大，对气体的吸附能力强；常温下使用，降低了传感器工作温度；化学稳定性好，尺寸小。碳纳米管对NO2,SO2,NH3和O2等气体有着较好的检测效果。然而本征碳纳米管由于自身结构和化学性质的限制,所能吸附的气体种类非常有限,仅限于几种强氧化性气体和强还原性气体，无法实现对甲醛的检测，因而有必要对碳纳米管改性。碳纳米管改性主要是有机修饰和无机掺杂。无机掺杂主要是在碳纳米管上引入金属或者金属氧化物。虽然能够较好的检测甲醛，但是无法实现在常温下检测。有机修饰主要是通过共价键或非共价键法向碳纳米管表面引入含有氨基官能团，依靠氨基与甲醛的相互作用使得气体传感器的电阻发生变化从而实现对甲醛的检测。然而共价键法制备氨基功能化碳纳米管的步骤比较繁琐，并且会破坏碳纳米管的共轭结构，对其导电性能和传感性能产生不利的影响。非共价键法虽然方便简单，但是由于氨基官能团与碳纳米管之间的作用力比较弱，在外界条件改变时易发生剥离，对其稳定性产生不利影响。因而有必要发展一种简单有效的新方法制备氨基功能化碳纳米管电阻型甲醛气体传感器。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术提供一种氨基功能化碳纳米管电阻型甲醛气体传感器及其制备方法。氨基功能化碳纳米管电阻型甲醛气体传感器制备方法，包括如下步骤：在柔性基底上通过丝网印刷、喷墨打印以及光刻的方法形成叉指电极，制得具有叉指电极的柔性基底；将碳纳米管加到pH＝7.5～9的PBS缓冲液中超声10～60min，其中碳纳米管浓度为0.5～2mg/ml。然后在上述碳纳米管的悬浮液中加入单宁酸，单宁酸是碳纳米管质量的0.5～2倍，再次超声10～60min。将聚乙烯亚胺的水溶液缓慢滴加到单宁酸和碳纳米管的悬浮液中，反应0.5～5h，得到氨基修饰的碳纳米管水溶液，其中聚乙烯亚胺的分子量可以为600～10000，浓度为1～10mg/ml，聚乙烯亚胺的质量是碳纳米管的0.5～2倍。将上述制备的氨基修饰的碳纳米管的水溶液滴涂到具有叉指电极的柔性基底上，干燥后制得氨基功能化碳纳米管电阻型甲醛气体传感器。本专利技术的气体传感器的气敏薄膜由单宁酸和聚乙烯亚胺非共价改性碳纳米管构成，是通过单宁酸与聚乙烯亚胺的迈克尔加成以及西弗碱反应引起单宁酸与聚乙烯亚胺在碳纳米管表面的原位交联反应，在碳纳米管表面形成了一层均匀单宁酸-聚乙烯亚胺共聚物来实现对碳纳米管的表面改性，从而成功将氨基官能团引入到碳纳米管表面。单宁酸与聚乙烯亚胺交联后的大分子链能够产生较强的排斥和空间位阻，能够使碳纳米管较好的分散在水中，形成均匀的分散液。碳纳米管具有较大的比表面积，有利于提高灵敏度，同时碳纳米管表面引入的氨基与甲醛的相互作用，使得氨基功能化的碳纳米管对甲醛的响应增强。本专利技术的有益效果如下:(1)原材料单宁酸和聚乙烯亚胺来源广泛，价格便宜。(2)碳纳米管的表面氨基功能化一步完成，简单快捷；且在水溶液中进行，绿色环保。本专利技术制备气体传感器的方法制备方法简单、成本低廉、适用于批量生产。(3)该气体传感器能够在常温下对甲醛气体进行检测，对湿度不敏感，抗干扰能力强，并且响应灵敏度高，响应快。附图说明图1是本专利技术的氨基功能化碳纳米管电阻型甲醛气体传感器结构示意图；图2是本专利技术的单宁酸聚乙烯亚胺修饰碳纳米管的的透射电镜图片，图片(a)是未修饰的碳纳米管的透射电镜，图片(b)是单宁酸聚乙烯亚胺修饰之后氨基功能化碳纳米管的透射电镜图片；图3是本专利技术的单宁酸聚乙烯亚胺修饰碳纳米管对50ppm甲醛的响应以及未加修饰的碳纳米管对50ppm甲醛的响应。具体实施方式实施例1(1)在柔性的基底上通过喷墨打印形成10对叉指宽度40μm，叉指间隙为40μm的叉指金电极，制得具有叉指金电极的柔性基底；(2)将10mg的碳纳米管加到盛有50ml的pH＝8.5的PBS缓冲液中超声1h；(3)制备的碳纳米管的悬浮液再加入50mg的单宁酸，并再次超声1h；(4)制备的碳纳米管和单宁酸的悬浮液缓慢的滴加5ml的聚乙烯亚胺(10mg/ml)，反应1h后得到氨基功能化的碳纳米管水溶液；(5)将上述制备的氨基修饰的碳纳米管的水溶液滴加到具有叉指金电极的柔性基底上，制得氨基功能化碳纳米管电阻型甲醛气体传感器。制得的氨基功能化的碳纳米管气体传感器对甲醛有着较好的检测性能。有图3可知，本专利技术制备的氨基功能化碳纳米管电阻型甲醛气体传感器在室温下可以对甲醛检测，对50ppm的甲醛有着较好的响应，且可以回复。而未改性的碳纳米管对甲醛的响应较小，表明了本方法制备的氨基功能化的碳纳米管气体传感器对甲醛有着较好的检测效果。实施例2(1)在柔性的基体上通过喷墨打印形成10对叉指宽度40μm，叉指间隙为40μm的叉指金电极2，制得具有叉指金电极的柔性基底；(2)将10mg的碳纳米管加到盛有50ml的pH＝7的PBS缓冲液中超声1h；(3)制备的碳纳米管的悬浮液再加入50mg的单宁酸，并再次超声1h；(4)制备的碳纳米管和单宁酸的悬浮液缓慢的滴加5ml的聚乙烯亚胺(10mg/ml)，反应1h后得到氨基功能化的碳纳米管水溶液；(5)将上述制备的氨基修饰的碳纳米管的水溶液滴加到具有叉指金电极的柔性基底上，制得氨基功能化碳纳米管电阻型甲醛气体传感器。对比实施例2制得氨基功能化碳纳米管电阻型甲醛气体传感器，对气体的响应较小主要是由于在中性条件下单宁酸与聚乙烯亚胺的反应程度较小，所以沉积到碳纳米管上的聚乙烯亚胺也较少，因而检测效果不明显。实施例3(1)在柔性基体上通过丝网印刷形成5对叉指宽度40μm，叉指间隙为40μm的叉指金电极2，制得具有叉指金电极的柔性基底；(2)将10mg的碳纳米管加到盛有50ml的pH＝8.5的PBS缓冲液中超声1h；(3)制备的碳纳米管的悬浮液再加入50mg的单宁酸，并再次超声1h；(4)制备的碳纳米管和单宁酸的悬浮液缓慢的滴加5ml的聚乙烯亚胺(10mg/ml)，反应1h后得到氨基功能化的碳纳米管水溶液；(5)将上述制备的氨基修饰的碳纳米管的水溶液滴加到具有叉指金电极的柔性基底上，制得氨基功能化碳纳米管电阻型甲醛气体传感器。实施例4(1)在柔性基体上通过喷墨打印形成10对叉指宽度30μm，叉指间隙为30μm的叉指金电极2，制得具有叉指金电极的柔性基底；(2)将10mg的碳纳米管加到盛有50ml的pH＝8.5的PBS缓冲液中超声1h；(3)制备的碳纳米管的悬浮液再加入50mg的单宁酸，并再次超声1h；(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氨基功能化碳纳米管电阻型甲醛气体传感器，其特征在于：柔性基底(1)、叉指电极(2)、气敏薄膜(3)、引线(4)，在上述的柔性基底和叉指电极(2)上滴涂气敏薄膜(3)，上述的气敏薄膜(3)是由经单宁酸和聚乙烯亚胺改性后的氨基功能化碳纳米管构成的。

【技术特征摘要】
1.一种氨基功能化碳纳米管电阻型甲醛气体传感器，其特征在于：柔性基底(1)、叉指电极(2)、气敏薄膜(3)、引线(4)，在上述的柔性基底和叉指电极(2)上滴涂气敏薄膜(3)，上述的气敏薄膜(3)是由经单宁酸和聚乙烯亚胺改性后的氨基功能化碳纳米管构成的。2.根据权利要求1所述一种氨基功能化碳纳米管电阻型甲醛气体传感器，其特征在于：所述的柔性基体可以是相纸、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜。3.根据权利要求1所述一种氨基功能化碳纳米管电阻型甲醛气体传感器，其特征在于：所述的叉指电极可以是金电极、银电极、铜电极以及石墨烯电极。4.根据权利要求1所述一种氨基功能化碳纳米管电阻型甲醛气体传感器，其特征在于：叉指电极是5～10对叉指宽度30～60μm，叉指间隙为30～60μm的叉指电极。5.一种氨基功能化碳纳米管电阻型甲醛...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗静，童杰祥，朱晓洁，刘晓亚，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32