一种光固化图案化聚苯胺响应的pH敏感电极的加工方法技术

一种光固化图案化聚苯胺响应的pH敏感电极的加工方法，本发明专利技术提供一种高适配性的光固化图案化聚苯胺响应的pH敏感电极的加工方法，能够根据不同传感器的结构，通过本发明专利技术的加工方法在特定的位置形成图案化电极，针对性更强，通过此结构其机械稳定性和化学稳定性相对于普通结构的薄膜电极显著提高。本发明专利技术可广泛应用于工业生产、环境监测中pH敏感的传感器加工的传感器件，主要用于检测酸雨和水体中的pH值变化，既可以有颜色变化而且有电阻响应。

Method for processing pH sensitive electrode of light cured patterned Polyaniline

The processing method of light curing polyaniline patterned response pH sensitive electrode, the invention provides a method for processing high suitability for curing pH sensitive electrode patterned polyaniline response, according to the different structure of the sensor, the patterned electrode is formed in a specific location through the processing method of the invention, more targeted. The structure of the mechanical and chemical stability compared with the ordinary thin film electrode structure are greatly improved. The invention can be widely used in sensors in industrial production, environmental monitoring pH sensitive sensor processing, mainly used for the detection of acid rain and water pH value change, can have the color change and resistance response.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光固化图案化聚苯胺响应的pH敏感电极的加工方法。
技术介绍
随着人类对自身健康的重视和对生态环境的关注日益加深，国民经济可持续发展战略的需求，对环境pH的监测控制提出了更高的要求。这为pH传感器的研究、开发和生产提供了机遇和挑战。高分子型pH传感器能够实现室温检测，能耗低，能够向微型化，小型化发展，已引起各国科学家的广泛关注和重视。聚苯胺作为一种典型的导电高分子材料，其价格便宜，合成简单，其具有高的导电性和可逆的氧化还原、掺杂与解掺杂特性，在pH传感器领域潜在的良好的应用前景。然而以聚苯胺为敏感材料制备的pH传感器虽然响应灵敏度高，但回复时间长，可逆性欠佳，pH响应范围有限，更重要的是它一般不溶不熔，难以加工，这对于其研究和应用带来了很大的障碍。为此，制备以可加工的纳米结构聚苯胺为敏感材料的pH传感器引起了广泛的关注。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种能够对pH值响应范围广，具有可逆响应，且灵敏度高，响应较快，用于pH传感器检测酸雨和水体中的pH值变化的pH敏感电极的加工方法，通过本专利技术加工方法能够根据需要的位置图案化电极位置，以适应不同类型的传感器结构的需求，pH测定的效果远优于市面上采用玻璃电极的pH值检测设备，能够更加直观、准确的检测溶液pH值。本专利技术的技术方案为：一种光固化图案化聚苯胺响应的pH敏感电极的加工方法，包括以下具体步骤：S1.在0.01的苯胺水溶液中，加入0.05的过硫酸铵，在4℃条件下保温6-10小时，高速搅拌获得纳米聚苯胺颗粒；S2.将纳米聚苯胺颗粒，以25-60%的体积比浓度分散于聚丙烯酸酯溶液中构成混合体系，加入占混合体系1.3-3.4%质量百分浓度的自由基引发剂，混合均匀，获得pH敏感组合物；特别的，所述体积比浓度是指纳米聚苯胺颗粒混入聚丙烯酸酯溶液后的浓度。S3.通过紫外光固化，采用具有图案的挡板阻挡紫外光，形成图案化的pH敏感电极。进一步的，所述的光固化图案化聚苯胺响应的pH敏感电极的加工方法，包括以下具体步骤：S1.在0.05-0.2M的苯胺水溶液中，加入0.1-0.2M的过硫酸铵，在0-4℃条件下保温8小时，以110-130r/min高速搅拌获得纳米聚苯胺颗粒；S2.将纳米聚苯胺颗粒，以30-50%的体积比浓度分散于聚丙烯酸酯溶液中构成混合体系，加入占混合体系1.3-3.4%质量百分浓度的自由基引发剂，混合均匀，获得pH敏感组合物；S3.通过紫外光固化，采用具有图案的挡板阻挡紫外光，形成图案化的pH敏感电极。进一步的，所述自由基引发剂为二苯甲酮、N-苯基甘氨酸、二苯碘翁六氟磷酸盐、2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、2-羟基-2甲基-1-苯基-1-丙酮、1-羟基-环己基-苯基甲酮、2-甲基-1-[4-甲硫基苯基]-2-吗啉基-1-丙酮、2-异丙基硫杂蒽酮、安息香双甲醚、2-苯基苄-2-二甲基胺-1-(4-吗啉苄苯基)丁酮、六芳基二咪唑、硫杂蒽酮、二芳基碘鎓盐、N-苯基甘氨酸、苯甲酰苄基二甲氨基十二烷基溴化铵、4-氯二苯甲酮、2，2′，2″-三羟基三乙胺、5-氨基酮戊酸、间-四羟基苯基二氢卟酚、初卟啉锡、亚甲基兰和亚甲苯兰、苯并卟啉衍生物单酸、得克萨卟啉、N-天门冬酰基二氢卟酚、、金丝桃素、血卟啉单甲醚中的任一种或几种的混合物。自由基引发剂指一类容易受热分解成自由基（即初级自由基）的化合物，可用于引发烯类、双烯类单体的自由基聚合和共聚合反应，也可用于不饱和聚酯的交联固化和高分子交联反应。由两种或多种引发剂组成的引发体系称复合引发体系；而由两个可以发生氧化还原反应产生自由基的引发剂组成的体系则称氧化还原引发体系。后者可在较低的温度下引发，聚合属于氧化还原聚合。有些不能用作热引发剂的化合物，经紫外线照射后，能分解成自由基而引发单体聚合者，称为光敏引发剂，简称光敏剂，这类聚合属于光聚合。键断裂能量不超过25～40千卡/摩尔的化合物，适合于作引发剂，破坏这些键需要加热到50～150℃，这也是一般烯类自由基聚合的温度范围。本专利技术通过引入自由基引发剂，能够促进聚苯胺颗粒与聚丙烯酸酯之间的聚合反应，将反应中后期未反应的剩余单体进行反应，转化率进一步提高，有效提高共聚物的产量。进一步的，所述pH敏感电极的厚度为60-80um。进一步的，步骤S3中紫外光固化的方法是：在玻璃板表面旋涂所述获得pH敏感组合物，进行红外光照射固化，得到紫外pH值敏感电极的基层；在基层表面均匀涂布pH敏感组合物，采用具有图案的挡板阻挡紫外光，然后进行紫外光照射固化，形成图案化的pH敏感电极，得到紫外光固化图案化pH值敏感的高分子薄膜电极。根据本专利技术的加工方法，可以根据传感器的结构制备对应的pH敏感电极，应用范围广泛，同时可进一步提高电极的机械稳定性和化学稳定性。更进一步的，所述的红外固化是将红外线加热温度调至10-20℃，流平时间7-12min；所述的紫外光照射固化的工艺是：在装有4支25kw的紫外光灯管，4支25kw的金属卤素灯管的光固化机中进行紫外光照射，所用光源的波长为150-400nm，光固化机的传输速度为24-37m/min。本专利技术通过聚苯胺获得和失去氢离子，导致电子传输变化和颜色变化的响应原理，具体过程如图1所示，针对溶液中pH的响应问题，设计将聚苯胺做成颗粒，形成纳米聚苯胺。通过自由基引发剂的增效作用，将纳米聚苯胺分散到高分子聚丙烯酸酯聚丙烯酸酯材料中形成薄膜。这一薄膜随着溶液中pH值从酸性变化至碱性的过程中，颜色从绿色变化至紫色。同时，薄膜的电阻也逐渐升高。这样就可以通过颜色和阻值两项直观和客观的数据测量溶液中的pH数据。具体的，随着pH的的增加，本专利技术聚苯胺/聚丙烯酸酯的颜色由绿色变为蓝色再变为紫色。依据颜色和电导率可以pH从1～12范围可分为3个部分，其中当pH=1～4时，复合膜处于较高电导率区间，电导率在3.0×10-4～4.5×10-4S/cm区域，复合膜的颜色为绿色；当pH=5～8时，复合膜的电导率显著降低，为1.0×10-4～0.3×10-5S/cm，复合膜的颜色也从蓝绿转为深蓝色。当pH=9～12时，此时复合膜基本上丧失了导电性，接近绝缘体，其电导率在1.0×10-5～1.0×10-6S/cm区域，且膜的颜色也变为紫色。进一步考察本专利技术聚苯胺/聚丙烯酸酯膜对pH的感应特性和循环使用的机械稳定性和化学稳定性。用H2SO4和NaOH配成pH=1和pH=12的水溶液，将同一块圆形膜先后置于这两种pH溶液1min，重复5次。每次测试后，擦掉膜表面的水分后，将复合膜置于真空干燥箱中在60°C下干燥20分钟，以进一步除去表面的水分。用四位探针仪测其电导率，结果如图2所示。由图2可以看出，在经过5次循环之后，聚苯胺/聚丙烯酸酯复合膜的颜色由绿转紫的颜色变化非常稳定，而且膜的形态几乎不发生改变。而且1min的时间足以让复合膜的颜色发生彻底转变，说明聚苯胺良好的pH感应性能。聚苯胺复合膜经过掺杂和去掺杂之后，在相同pH条件下，电导率基本保持稳定，均在4.0×10-4S/cm以上。本专利技术提供一种高适配性的光固化图案化聚苯胺响应的pH敏感电极的加工方法，能够根据不同传感器的结构，通过本专利技术的加工方法在特定的位置形成图案化电极，针对性更本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光固化图案化聚苯胺响应的pH敏感电极的加工方法，其特征在于，包括以下具体步骤：S1. 在0.01‑0.25M的苯胺水溶液中，加入0.05‑0.3M的过硫酸铵，在0‑4℃条件下保温6‑10小时，高速搅拌获得纳米聚苯胺颗粒；S2.将纳米聚苯胺颗粒，以25‑60%的体积比浓度分散于聚丙烯酸酯溶液中构成混合体系，加入占混合体系1.3‑3.4%质量百分浓度的自由基引发剂，混合均匀，获得pH敏感组合物；S3.通过紫外光固化，采用具有图案的挡板阻挡紫外光，形成图案化的pH敏感电极。

【技术特征摘要】
1.一种光固化图案化聚苯胺响应的pH敏感电极的加工方法，其特征在于，包括以下具体步骤：S1.在0.01-0.25M的苯胺水溶液中，加入0.05-0.3M的过硫酸铵，在0-4℃条件下保温6-10小时，高速搅拌获得纳米聚苯胺颗粒；S2.将纳米聚苯胺颗粒，以25-60%的体积比浓度分散于聚丙烯酸酯溶液中构成混合体系，加入占混合体系1.3-3.4%质量百分浓度的自由基引发剂，混合均匀，获得pH敏感组合物；S3.通过紫外光固化，采用具有图案的挡板阻挡紫外光，形成图案化的pH敏感电极。2.根据权利要求1所述的光固化图案化聚苯胺响应的pH敏感电极的加工方法，其特征在于，包括以下具体步骤：S1.在0.05-0.2M的苯胺水溶液中，加入0.1-0.2M的过硫酸铵，在0-4℃条件下保温8小时，以110-130r/min高速搅拌获得纳米聚苯胺颗粒；S2.将纳米聚苯胺颗粒，以30-50%的体积比浓度分散于聚丙烯酸酯溶液中构成混合体系，加入占混合体系1.3-3.4%质量百分浓度的自由基引发剂，混合均匀，获得pH敏感组合物；S3.通过紫外光固化，采用具有图案的挡板阻挡紫外光，形成图案化的pH敏感电极。3.根据权利要求1所述的光固化图案化聚苯胺响应的pH敏感电极的加工方法，其特征在于，所述自由基引发剂为二苯甲酮、N-苯基甘氨酸、二苯碘翁六氟磷酸盐、2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、2-羟基-2甲基-1-苯基-1-丙酮、1-羟基-环己基-苯基甲酮、2-甲基-1-[4-甲硫基苯...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔皓博，黄兴桥，
申请(专利权)人：惠州市力道电子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44