一种用于甲醛气体、湿度和温度多功能检测的纳米复合敏感膜及其制备制造技术

本发明专利技术公开一种用于甲醛气体、湿度和温度多功能检测的纳米复合敏感膜及其制备，属于甲醛气体检测技术领域。本发明专利技术通过自组装荧光量子点成膜、量子点表面镀金膜、金膜表面修饰氢氧化钠等步骤制备得到由石英玻璃基片、聚二甲基硅氧烷层、荧光量子点层、金膜层和氢氧化钠层自下而上层层组装而成的纳米复合敏感膜。本发明专利技术提出的一种用于甲醛气体、湿度和温度多功能检测的纳米复合敏感膜，基于纳米复合敏感膜的荧光变化对甲醛气体的特异性响应，可得到比之前的传感器的更高灵敏度和更短响应时间且稳定性好、可重复性好、寿命长，而且可以同时实现对甲醛气体、湿度和温度的多功能实时检测，操作简便、快捷。在家庭、工业等领域都具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种用于甲醛气体、湿度和温度多功能检测的纳米复合敏感膜及其制备
本专利技术属于甲醛气体检测
，具体涉及一种基于表面等离子体增强光催化的原理对甲醛气体进行传感的纳米复合敏感膜及其制备方法。该敏感膜在对甲醛气体的检测过程中，可以同时实现对湿度和温度的检测。
技术介绍
甲醛在常温下为具有刺激性的有毒气体，对人的身体危害极大，是病态建筑综合症(SBS)的主要成因，已被世界卫生组织确定为致癌物质。国家环境保护局(EPA)设定甲醛接触极限是在0.06ppm的浓度下暴露时间最长是30min。因此，从国民的生命安全出发，对环境中甲醛的准确以及及时检测具有重大的意义。传统的分光光度法、气相色谱法、极谱法等比较复杂，测试结果随测试仪器的不同而不同。而甲醛电化学传感器具有成本高、易失效、易失活、受环境温湿度影响等缺点，人们在通过各种掺杂技术提高其传感器的敏感性和选择性的同时，也极力探索新型气体传感器及其敏感材料来解决室内甲醛的检测问题。表面等离子体共振传感器作为一种光学传感器，由于其灵敏度高、可实时监测等突出优点，已广泛应用于气相测定。张丽等人(201510019084.8)提供了一种基于回音壁模式的单晶钯纳米短棒表面等离子体氢气传感器及其制备方法和应用。虽然制备的传感器具有低功耗、小型化、价格低廉的特点，可以检测3.9％～17.6％的氢气，但是表面等离子体传感器对测试结构要求苛刻的缺点依然存在。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺点与不足，本专利技术的目的在于提供一种用于甲醛气体、湿度和温度多功能检测的纳米复合敏感膜的制备方法。本专利技术的另一目的在于提供一种用于甲醛气体、湿度和温度多功能检测的纳米复合敏感膜。本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于表面等离子体增强光催化的原理对甲醛气体进行传感的新型纳米复合敏感膜，以期提高甲醛气体传感器对低浓度甲醛的检测能力，降低传感器对甲醛的最低检测限。本专利技术在检测甲醛气体的过程中，可实时得到湿度和温度的响应。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种用于甲醛气体、湿度和温度多功能检测的纳米复合敏感膜的制备方法，包括以下步骤：(1)荧光量子点的制备：合成直径1～4nm的荧光量子点；(2)自组装荧光量子点成膜：将石英玻璃基片进行预处理，处理过程如下：将聚二甲基硅氧烷(PDMS)与固化剂以20：1～2:1(优选为10：1)的比例混合形成粘性液体，取粘性液体于石英玻璃基片上，用100r/s～300r/s的速度旋涂甩膜，所形成的薄膜厚度为200～500μm，将该玻璃基片室温下真空干燥，此时得到的芯片为二层芯片；此处玻璃基片的预处理关键在于PDMS是亲油性的，在下一步沉积荧光量子点的时候，荧光量子点在蒸发过程中不易团聚，干燥后表面会比较均匀，量子点的荧光强度猝灭程度很弱；取步骤(1)制备的荧光量子点滴涂在预处理过的石英玻璃基片上，用50～300r/s速度旋涂甩膜，所形成的薄膜厚度为100～500nm，将该玻璃基片室温下真空干燥；此时得到的芯片为三层芯片；(3)量子点表面镀金膜：将步骤(2)中得到的三层芯片进行真空电子束蒸镀，蒸镀99.99％的金膜厚度为5～50nm，接着在温度为10～20℃下抽真空放置；此时得到的芯片为四层芯片；(4)金膜表面修饰氢氧化钠：在四层芯片的表面滴涂0.1～0.5mL1～10mol/L氢氧化钠溶液，用100～700r/s速度旋涂方法成膜，接着在温度为20～30℃下抽真空放置，此时得到的芯片为五层芯片，即为用于甲醛气体、湿度和温度多功能检测的纳米复合敏感膜。优选的，步骤(1)中所述的固化剂为硅酮树脂。优选的，步骤(1)中所述的荧光量子点需满足的条件：激发光和荧光的波长距离在50nm以上；荧光强度可以使用现有常规光电测试仪器；其中，可选CdS、CdTe、CdSe、ZnS、PbS、PbO等；优选的，步骤(2)中所述的滴涂在石英玻璃基片上的荧光量子点用量为0.1～0.3mL。优选的，步骤(2)中所述的荧光量子点的旋涂甩膜速度为50～200r/s。优选的，步骤(2)中所述的真空干燥的时间为1小时以上。优选的，步骤(3)中所述的金膜厚度为10～30nm。优选的，步骤(3)中所述的抽真空放置的时间为1小时以上。优选的，步骤(4)中所述的氢氧化钠溶液的用量为0.1～0.2mL；优选的，步骤(4)中所述的氢氧化钠溶液的浓度为1～5mol/L。优选的，步骤(4)中所述的抽真空放置的时间为1小时以上。一种用于甲醛气体、湿度和温度多功能检测的纳米复合敏感膜，是由石英玻璃基片、聚二甲基硅氧烷(PDMS)层、荧光量子点层、金膜层和氢氧化钠层自下而上层层组装而成。所述的荧光量子点需满足的条件：激发光和荧光的波长距离在50nm以上；荧光强度可以使用现有常规光电测试仪器；其中，可选CdS、CdTe、CdSe、ZnS、PbS、PbO等；所述的荧光量子点层的厚度优选为100～500nm。所述的荧光量子点的直径优选为1～4nm。所述的聚二甲基硅氧烷(PDMS)层是由聚二甲基硅氧烷(PDMS)与固化剂(优选为硅酮树脂)以20：1～2:1(优选为10：1)的比例混合形成的粘性液体旋涂而成。所述的聚二甲基硅氧烷(PDMS)层的厚度优选为200～500μm。所述的金膜层的厚度优选为5～50nm，更优选为10～30nm。所述的氢氧化钠层优选用1～10mol/L氢氧化钠溶液旋涂而成。所述的用于甲醛气体、湿度和温度多功能检测的纳米复合敏感膜在家庭、工业等领域中的应用。本专利技术的机理是：本专利技术将光催化的理论引入到表面等离子体传感器中，通过表面等离子体共振效应增强光催化活性，提出了一种基于表面等离子体增强光催化的原理对甲醛气体进行传感的纳米复合敏感膜的制备方法。除此之外，该敏感膜在检测过程中，可以实时得到湿度和温度的响应，具有广泛的应用前景。PDMS和固化剂比例会影响膜的粘附力，比例越大粘附力越好，但是硬度会下降，正常情况下选10:1；量子点厚度越大荧光效果越强但是反应越迟钝；金膜厚度太薄会影响后面氢氧化钠的附着以及结构的生长，太厚会导致无响应；氢氧化钠太少会无响应，太多会反应迟钝且不利于结构的形成。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：本专利技术提出的一种用于甲醛气体、湿度和温度多功能检测的纳米复合敏感膜，基于纳米复合敏感膜的荧光变化对甲醛气体的特异性响应，可以得到比之前的传感器的更高灵敏度和更短响应时间且稳定性好、可重复性好、寿命长，而且可以同时实现对甲醛气体、湿度和温度的多功能实时检测，操作简便、快捷。在家庭、工业等领域都具有广泛的应用前景。附图说明图1是本专利技术所述的敏感膜材料构成及结构；其中，1：石英玻璃基片，2：聚二甲基硅氧烷(PDMS)层；3：荧光量子点层，4：金膜层，5：氢氧化钠层。图2是本专利技术所述敏感膜SEM表征图。图3是(A)-(D)分别为Cd、Au、Te和O元素的XPS谱图。图4是本专利技术荧光强度在积分时间为400ms时，反复通甲醛和空气变化的数据图。图5是本专利技术荧光强度在积分时间为10ms时，与乙醇浓度变化的数据图。图6是本专利技术荧光强度在积分时间为400ms时，与丙酮浓度变化的数据图。图7是本专利技术反射光强在积分时间为2ms时，在湿度为60％时的可重复性数据图。图8是本专利技术反射光强在积分时间为2ms时，在不同湿本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于甲醛气体、湿度和温度多功能检测的纳米复合敏感膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)荧光量子点的制备：合成直径1～4nm的荧光量子点；(2)自组装荧光量子点成膜：将石英玻璃基片进行预处理，处理过程如下：将聚二甲基硅氧烷与固化剂以20：1～2:1的比例混合形成粘性液体，取粘性液体于石英玻璃基片上，用100r/s～300r/s的速度旋涂甩膜，所形成的薄膜厚度为200～500μm，将该玻璃基片室温下真空干燥，此时得到的芯片为二层芯片；此处玻璃基片的预处理关键在于PDMS是亲油性的，在下一步沉积荧光量子点的时候，荧光量子点在蒸发过程中不易团聚，干燥后表面会比较均匀，量子点的荧光强度猝灭程度很弱；取步骤(1)制备的荧光量子点滴涂在预处理过的石英玻璃基片上，用50～300r/s速度旋涂甩膜，所形成的薄膜厚度为100～500nm，将该玻璃基片室温下真空干燥；此时得到的芯片为三层芯片；(3)量子点表面镀金膜：将步骤(2)中得到的三层芯片进行真空电子束蒸镀，蒸镀99.99％的金膜厚度为5～50nm，接着在温度为10～20℃下抽真空放置；此时得到的芯片为四层芯片；(4)金膜表面修饰氢氧化钠：在四层芯片的表面滴涂0.1～0.5mL 1～10mol/L氢氧化钠溶液，用100～700r/s速度旋涂方法成膜，接着在温度为20～30℃下抽真空放置，此时得到的芯片为五层芯片，即为用于甲醛气体、湿度和温度多功能检测的纳米复合敏感膜。...

【技术特征摘要】
1.一种用于甲醛气体、湿度和温度多功能检测的纳米复合敏感膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)荧光量子点的制备：合成直径1～4nm的荧光量子点；(2)自组装荧光量子点成膜：将石英玻璃基片进行预处理，处理过程如下：将聚二甲基硅氧烷与固化剂以20：1～2:1的比例混合形成粘性液体，取粘性液体于石英玻璃基片上，用100r/s～300r/s的速度旋涂甩膜，所形成的薄膜厚度为200～500μm，将该玻璃基片室温下真空干燥，此时得到的芯片为二层芯片；此处玻璃基片的预处理关键在于PDMS是亲油性的，在下一步沉积荧光量子点的时候，荧光量子点在蒸发过程中不易团聚，干燥后表面会比较均匀，量子点的荧光强度猝灭程度很弱；取步骤(1)制备的荧光量子点滴涂在预处理过的石英玻璃基片上，用50～300r/s速度旋涂甩膜，所形成的薄膜厚度为100～500nm，将该玻璃基片室温下真空干燥；此时得到的芯片为三层芯片；(3)量子点表面镀金膜：将步骤(2)中得到的三层芯片进行真空电子束蒸镀，蒸镀99.99％的金膜厚度为5～50nm，接着在温度为10～20℃下抽真空放置；此时得到的芯片为四层芯片；(4)金膜表面修饰氢氧化钠：在四层芯片的表面滴涂0.1～0.5mL1～10mol/L氢氧化钠溶液，用100～700r/s速度旋涂方法成膜，接着在温度为20～30℃下抽真空放置，此时得到的芯片为五层芯片，即为用于甲醛气体、湿度和温度多功能检测的纳米复合敏感膜。2.根据权利要求1所述的用于甲醛气体、湿度和温度多功能检测的纳米复合敏感膜的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的荧光量子点需满足的条件：激发光和荧光的波长距离在50nm以上。3.根据权利要求1或2所述的用于甲醛气体、湿度和温度多功能检测的纳米复合敏感膜的制备方法，其特征在于：步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢晓波，陈明玉，刘前林，程煜鹏，朱德斌，李宗宝，薛盛，杨剑鑫，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东,44