一种臭氧气敏传感器阵列的制备方法技术

本发明专利技术为一种臭氧气敏传感器阵列的制备方法。一种臭氧气敏传感器阵列的制备方法，包括：(1)制备改性剂溶液；(2)制备碳纳米管分散液；(3)将碳纳米管分散液静置、离心，得沉淀物；(4)将沉淀物与水混合后，涂覆到叉指电极上并干燥，得传感芯片；将传感芯片制作成传感器，得传感器1；(5)重复步骤(1)‑(4)5次，得传感器2‑6；(6)将传感器1‑6通电老化后，组成传感器阵列，得所述臭氧气敏传感器阵列。本发明专利技术所述的一种臭氧气敏传感器阵列的制备方法，利用多种小分子改性剂对羰基多壁碳纳米管进行物理修饰，进而制备出了碳纳米管基的传感器阵列，实现了在室温下对臭氧及其常见干扰物的高灵敏度、识别检测。

【技术实现步骤摘要】
一种臭氧气敏传感器阵列的制备方法
本专利技术属于气敏传感检测领域的
，具体涉及一种臭氧气敏传感器阵列的制备方法。
技术介绍
据中国环境监测总站发布的信息显示，从2013年以来，三大重点区域(京津冀、长三角、珠三角)中，京津冀和长三角臭氧浓度有显著的逐年上升趋势，特别是2017年上升最为显著。后续的监控数据显示：2017年5月，74个城市的臭氧平均超标率为32.7％，而且从这个月开始，74个城市连续5个月超标天数的首要污染物均为臭氧。由于近地臭氧绝大部分来自大量的人为源(氮氧化物NOX和挥发性有机物VOCs)，在光照条件下经一系列光化学反应生成的二次污染物，其浓度与气象条件密切相关。在高温、强日照、低湿度和静风条件下反应最为剧烈，其中紫外辐射是最关键的因素。新疆地区属典型的大陆性干旱气候，光热丰富，天气干燥，紫外线强烈，加上新疆“三山夹两盆”的地形特点不利于污染物的扩散，同样面临着严峻的臭氧污染威胁。臭氧作为光化学烟雾的主要组成部分，严重影响着局地空气质量，其浓度的增加将直接危害人类和动物的健康，损害植物的生长。而且，臭氧还会跟其他污染物联合作业，比如，臭氧会加强PM(可吸入颗粒物)对人体的危害，而PM也会加强臭氧的危害性。2008年，美国国家环境保护署规定：8h臭氧日平均最大值不能高于75ppb，室内8h日平均最大值不能高于50ppb。这对臭氧及臭氧前体物的检测技术提出了更高的要求。目前，臭氧检测的常用方法主要有：碘量法、分光光度法、电化学法、紫外光谱法等。其中，由于紫外光谱法对臭氧的检测机理明确、技术成熟、性能稳定可靠，而被广泛研究和应用。然而，紫外光谱法尚存在着设备体积大、造价高、检测功能过于单一等缺点，其实际适用范围受到限制。气敏传感器是一种测量气体类型、浓度、成分的器件。目前，化学电阻型气敏传感器由于制备简单、体积小、便于集成、灵敏度高、对工作环境要求低等优点而被广泛应用。其中，最典型的金属氧化物基气敏传感器因为有足够宽的带隙可以与许多目标气体反应，但这种气敏传感器存在着工作温度高(200-500℃)、功耗大、选择性差等缺陷。而导电聚合物传感器虽然成本低，但存在着灵敏度和选择性较低，并且稳定性、耐候性较差，对目标气体的响应时间较长(一般为2-10分钟左右)的缺点。碳纳米管由于具有大的比表面积、丰富的反应位点、良好的导电性、耐候性和稳定性以及对环境较为灵敏的特点，这些特点使得碳纳米管成为较为理想的气敏传感材料。一般来说，大气污染物多种多样，如乙醇、甲醛、水蒸气的存在会对臭氧的高灵敏检测造成极大的干扰。有鉴于此，本专利技术提出一种高灵敏度的碳纳米管基的臭氧气敏传感器阵列及其制备方法，该气敏传感器阵列可以在室温下对臭氧及其常见干扰物进行识别检测。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种臭氧气敏传感器阵列的制备方法，该制备方法简单，制备出的臭氧气敏传感器阵列可以在室温下，用于对臭氧以及常见干扰物的识别检测，灵敏度高。为了实现上述目的，所采用的技术方案为：一种臭氧气敏传感器阵列的制备方法，包括以下步骤：(1)将小分子改性剂溶解在去离子水中，并经过超声分散后，得到摩尔浓度为0.8-1.2mmol/L的改性剂溶液；其中，所述小分子改性剂为盐酸羟胺；(2)将羧基化碳纳米管粉末和改性剂溶液按照0.02g：3-5ml的质量体积比混合均匀，得碳纳米管分散液；(3)将碳纳米管分散液在室温下静置46-50h后，离心，得沉淀物；(4)将沉淀物与去离子水按照1:3.5-4.5的质量比混合均匀后，得糊状物；将糊状物均匀地涂覆到叉指电极上，并在室温下干燥12-24h，得传感芯片；将传感芯片制作成传感器，得传感器1；(5)重复步骤(1)-(4)5次，依次得传感器2、传感器3、传感器4、传感器5和传感器6；其中，所述小分子改性剂依次为氨基乙酸、丁二酸、十六烷基三甲基溴化铵、8-羟基喹哪啶和芘；(6)将传感器1-6的两端持续加上0.1V的电压，通电老化22-26h后，组成传感器阵列，得所述臭氧气敏传感器阵列。进一步的，所述步骤(1)中，超声分散的时间为8-12min。再进一步的，所述步骤(1)中，所述改性剂溶液的摩尔浓度为1mmol/L；所述超声分散的时间为10min。进一步的，所述步骤(2)中，所述羧基化碳纳米管粉末和改性剂溶液混合后，再经过30-60min的超声分散，得碳纳米管分散液。再进一步的，所述步骤(2)中，所述基化碳纳米管粉末和改性剂溶液按照0.02g：4ml的质量体积比混合。进一步的，所述步骤(3)中，碳纳米管分散液在室温下静止放置48h。进一步的，所述步骤(4)中，传感芯片作为传感器的衬底。进一步的，所述步骤(6)中，所述电压为直流电压。再进一步的，所述步骤(6)中，所述老化时间为24h。本专利技术的另一个目的在于提供一种臭氧及其常见干扰物的检测方法，该检测方法采用上述制备方法制备得到的臭氧气敏传感器阵列，将动力学和热力学参数结合起来分析处理数据，该检测方法稳定性好、响应时间短、选择性好。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术所述的一种臭氧气敏传感器阵列的制备方法，在温和的条件下利用多种小分子改性剂对羰基多壁碳纳米管进行了物理修饰，进而制备出了碳纳米管基的臭氧气敏传感器阵列，实现了在室温下对臭氧及其常见干扰物的高灵敏度、识别检测，并且制备出的臭氧气敏传感器阵列稳定性好、响应时间短、选择性好、抗干扰性强，还有可以主要用于对臭氧的测量以及对甲醛、酒精、二氧化氮等干扰物的检测。2、本专利技术所述的一种臭氧及其常见干扰物的检测方法，在温和的条件下利用本专利技术所述的臭氧气敏传感器阵列，实现了在室温下对臭氧及其常见干扰物的高灵敏度、识别检测，该检测方法稳定性好、响应时间短、选择性好。附图说明图1为本专利技术中使用的没有改性的碳纳米管的扫描电镜图；图2为本专利技术中使用的没有改性的碳纳米管的透射电镜图；图3为实施例1中传感器1对臭氧、甲醛、酒精、丙酮、水蒸气、二氧化氮的响应曲线图；图4为实施例1中传感器2对臭氧、甲醛、酒精、丙酮、水蒸气、二氧化氮的响应曲线图；图5为实施例1中传感器3对臭氧、甲醛、酒精、丙酮、水蒸气、二氧化氮的响应曲线图；图6为实施例1中传感器4对臭氧、甲醛、酒精、丙酮、水蒸气、二氧化氮的响应曲线图；图7为实施例1中传感器5对臭氧、甲醛、酒精、丙酮、水蒸气、二氧化氮的响应曲线图；图8为实施例1中传感器6对臭氧、甲醛、酒精、丙酮、水蒸气、二氧化氮的响应曲线图；图9为碳纳米管基的臭氧气敏传感器阵列对6种目标分析物的指纹区分图；其中，图3-8中：1为臭氧，2为甲醛，3为酒精，4为丙酮，5为水蒸气，6为二氧化氮。具体实施方式为了进一步阐述本专利技术一种臭氧气敏传感器阵列的制备方法，达到预期专利技术目的，以下结合较佳实施例，对依据本专利技术提出的一种臭氧气敏传感器阵列的制备方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。在详细阐述本专利技术一种臭氧气敏传感器阵列的制备方法之前，有必要对本专利技术中提及的原料等做进一步说明，以达到更好的效果。盐酸羟胺，分子式为ClH4NO，分子量为69.49，是一种无色结晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种臭氧气敏传感器阵列的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将小分子改性剂溶解在去离子水中，并经过超声分散后，得到摩尔浓度为0.8‑1.2mmol/L的改性剂溶液；其中，所述小分子改性剂为盐酸羟胺；(2)将羧基化碳纳米管粉末和改性剂溶液按照0.02g：3‑5ml的质量体积比混合均匀，得碳纳米管分散液；(3)将碳纳米管分散液在室温下静止放置46‑50h后，离心，得沉淀物；(4)将沉淀物与去离子水按照1:3.5‑4.5的质量比混合均匀后，得糊状物；将糊状物均匀地涂覆到叉指电极上，并在室温下干燥12‑24h，得传感芯片；将传感芯片制作成传感器，得传感器1；(5)重复步骤(1)‑(4)5次，依次得传感器2、传感器3、传感器4、传感器5和传感器6；其中，所述小分子改性剂依次为氨基乙酸、丁二酸、十六烷基三甲基溴化铵、8‑羟基喹哪啶和芘；(6)将传感器1‑6的两端持续加上0.1V的电压，通电老化22‑26h后，组成传感器阵列，得所述臭氧气敏传感器阵列。

【技术特征摘要】
1.一种臭氧气敏传感器阵列的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将小分子改性剂溶解在去离子水中，并经过超声分散后，得到摩尔浓度为0.8-1.2mmol/L的改性剂溶液；其中，所述小分子改性剂为盐酸羟胺；(2)将羧基化碳纳米管粉末和改性剂溶液按照0.02g：3-5ml的质量体积比混合均匀，得碳纳米管分散液；(3)将碳纳米管分散液在室温下静止放置46-50h后，离心，得沉淀物；(4)将沉淀物与去离子水按照1:3.5-4.5的质量比混合均匀后，得糊状物；将糊状物均匀地涂覆到叉指电极上，并在室温下干燥12-24h，得传感芯片；将传感芯片制作成传感器，得传感器1；(5)重复步骤(1)-(4)5次，依次得传感器2、传感器3、传感器4、传感器5和传感器6；其中，所述小分子改性剂依次为氨基乙酸、丁二酸、十六烷基三甲基溴化铵、8-羟基喹哪啶和芘；(6)将传感器1-6的两端持续加上0.1V的电压，通电老化22-26h后，组成传感器阵列，得所述臭氧气敏传感器阵列。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，其中，所述步骤(1)中，超声分散的时间为8-12min。3.根据权利要求2所...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱祥义，马雪梅，吴钊锋，段海明，张秉志，
申请(专利权)人：新疆大学，
类型：发明
国别省市：新疆,65