一种甲胺监测器及其制备方法技术

本发明专利技术提供的一种甲胺监测器及其制备方法，包括透明电极层、功能层、金属对电极层和外接电流表，其中，透明电极层、功能层和金属对电极层依次层叠而成，且透明电极层、功能层和金属对电极层的面积依次减小；功能层包括电子传输层和钙钛矿活性层，其中，钙钛矿活性层层叠在电子传输层上；通过该甲胺监测器能够迅速的监测出甲胺，且设备变化明显，完全优于其他常规甲胺监测器件；同时金属对电极层能够有效的将空穴从钙钛矿层中抽出并将光电流导出到外电路，简化了器件的制备工艺、降低了器件的制备成本。

【技术实现步骤摘要】
一种甲胺监测器及其制备方法
本专利技术属于新型环保和安全设备领域，具体涉及一种甲胺监测器及其制备方法。
技术介绍
甲胺是一类常见的有机化合物，化学式为CH3NH2，是重要的有机化学工业原料，常被大量使用于其他化学品的制备。甲胺具有较强的生物毒性，具有较强烈的刺激性气味，与空气混合则极易发生燃烧、爆炸等危险。由于甲胺的使用量很高，因此如果在保存和运输过程中没有有效的安全措施和预警设备，易产生安全隐患。我国有多地曾报道过甲胺泄露带来的环境危害和人身、财产损失。因此，设计一种能够快速对周围气氛中的过量甲胺气体产生响应的安全预警设备，具有较大意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种甲胺监测器及其制备方法，解决了现有的甲胺在运输过程中没有有效的安全措施和预警设备，导致易发生安全隐患的缺陷。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：本专利技术提供的一种甲胺监测器，包括透明电极层、功能层、金属对电极层和外接电流表，其中，透明电极层、功能层和金属对电极层依次层叠而成，且透明电极层、功能层和金属对电极层的面积依次减小；功能层包括电子传输层和钙钛矿活性层，其中，钙钛矿活性层层叠在电子传输层上。优选地，电子传输层的材料选用的是采用SnO2或TiO2；钙钛矿活性层的材料为(RNH3)AXnY3-n，其中，R＝烃基；A＝Pb，Sn；X，Y＝Cl，Br，I；n为0-3的实数。优选地，金属对电极层采用的材料为金、银、铝或铂。优选地，透明电极层、功能层和金属对电极层的面积依次减小；透明电极层和金属对电极层上分别连接有外接电表的正负极。优选地，钙钛矿活性层上还层叠有空穴传输层。优选地，空穴传输层上还层叠有阻隔层。一种甲胺监测器的制备方法，包括以下步骤：首先，将透明电极层清洗干净后吹干备用；其次，在透明电极层上依次形成电子传输层、钙钛矿活性层和金属对电极层。优选地，透明电极层的电极表面依次分别使用去离子水、丙酮、异丙醇超声处理，然后使用紫外光清洗机进行清洁，氮气流吹干备用。优选地，将粒径为2-20nm的氧化锡纳米粒子悬浮液作为旋涂液，在透明电极层上以2500-6000RPM、40-80s的旋涂参数进行旋涂，得到10-40nm的电子传输层。优选地，在制备钙钛矿活性层时，首先以DMF为溶剂，配制含钙钛矿的浆料，其中，浆料中含20-45％的钙钛矿；其次，以1000-3000rpm，40-80s的旋涂参数在电子传输层进行旋涂，得到钙钛矿活性层。优选地，在制备金属对电极层时，以直径为100-200nm、长度为50-150μm的银纳米线溶胶作为原料，利用刮刀涂布的方式制备得到厚度为30-100nm的金属对电极层，其中，刮刀涂布的工艺参数：温度为室温、涂布速度为10-30mm/s、刮刀与基底间距为50μm；涂布后，在氮气中进行退火，退火温度为75-100℃，退火时间为10-20min。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的一种甲胺检测器,通过透明电极层将光电流引向外电路，电子传输层介于透明电极层和钙钛矿活性层之间，起到连结作用，钙钛矿活性层为本例的核心材料层，起到监测甲胺的关键核心作用，其监测甲胺的原理为，当使用甲胺铅碘作为该层的材料时，气氛中过量的甲胺气体可以和已经结晶的甲胺铅碘黑色薄膜发生反应，形成淡黄色透明的复合物MAPbI3·xMA，使得原本可以进行光电转换的钙钛矿型太阳能电池器件失效，因此甲胺气体可以该器件同时发生两种可观的变化：1、黑色的钙钛矿层结晶薄膜变为淡黄色透明薄膜，肉眼或监视器等设备即可观察；2、钙钛矿电池器件失效，外接电路如电流表等可以监测到光电流大幅下降；该反应响应迅速，变化明显，完全优于其他常规甲胺监测器件；金属对电极层能够有效的将空穴从钙钛矿层中抽出并将光电流导出到外电路，简化了器件的制备工艺、降低了器件的制备成本。进一步的，电子传输层制备方法操作简单同时效果出色，常规的钙钛矿类光电器件中使用的氧化钛电子传输层为介孔结构，材料层较厚、材料用量较大，制备中须高温烧结，能耗高，电子传输效果相对一般，而采用本例的旋涂方法制备的氧化锡电子传输层，结构为平面层结构，厚度只有10-40nm，极大程度减少了氧化锡的用量，以及后续的钙钛矿层活性材料的用量，降低了制备成本，同时，本例采用的方法在低温下即可制备，满足应用效果；另一方面的最大优势是厚度为10-40nm的氧化锡层能带与透明电极层及钙钛矿活性层最为匹配，更好地起到连结和电子传导的作用；进一步的，选用银纳米线电极作为金属对电极层，主要有两种优势，其一是长径比、厚度合适的银纳米线层与钙钛矿活性层材料能级最为匹配，可以在不选用空穴传输层的情况下，能够有效的将空穴从钙钛矿层中抽出并将光电流导出到外电路，简化了器件的制备工艺、降低了器件的制备成本；其二是银纳米线电极本身为疏松多孔结构，对甲胺等气体有吸附效果，同时其微观的网状结构可以使甲胺气体较为容易地透过该层实现与内层的钙钛矿活性层进行接触，加大了接触面积，提高了反应效率。进一步的，将粒径为2-20nm的氧化锡纳米粒子悬浮液作为旋涂液，在透明电极层上以2500-6000RPM、40-80s的旋涂参数进行旋涂，得到10-40nm的电子传输层；本层采用高速旋转涂膜方法制备平面层结构，其层表面起伏不超过3nm，极大程度上规避了其他常规方法中平面层制备不够均匀平整的问题，而均匀平整的表面有利于获得本器件中所需的性质：即性能优良的层间界面和高电子传输效率；此外，处于此粒径范围内(2-20nm)的氧化锡纳米粒子所形成的平面电子传输层能级与钙钛矿活性层最为匹配，有利于电子传导，同时其对光的吸收和反射效应很低，提高了钙钛矿活性层的光吸收效果和光电转换效率；最后，从整体来看，较薄的氧化锡平面电子传输层降低了其本身和后续钙钛矿层的材料使用量，同时该层的常温制备方法减少了能耗，符合绿色、环保的要求。进一步的，钙钛矿活性层采用高速旋转涂膜方法制备厚度可控的平面层结构，该方法与电子传输层使用的条件类似，使得两平面层结构之间的界面效应减小，提高了两者之间的接触效果，利于电子的传输；此外，使用有机-无机杂化的钙钛矿活性层材料本身与甲胺具有部分性质、大小相似的结构单元，提高了与甲胺分子的化学亲和性，使得甲胺气体分子可以快速地穿插、结合到钙钛矿晶体薄膜的晶格之中，有效地形成复合物，使钙钛矿活性层变色失效，从而达到甲胺监测的效果；另一方面，本层的材料结晶为黑色，而与甲胺分子结合后为几乎透明的淡黄色，两者色差极大，非常容易辨识，同时，本层材料在正常状态下能够产生较高的光电流，而在与甲胺结合后，由于材料本身与甲胺分子亲和性最好，可以快速发生化学反应产生相应晶体结构的变化，光电流会迅速、可观地下降，实现了甲胺的高灵敏度监测。附图说明图1是本专利技术甲胺监测器的原理示意图；其中，1、透明电极层2、功能层3.金属对电极层4、外接电流表。具体实施方式在描述本专利技术的实施方案时，为了清楚起见，使用了特定的术语；然而，本专利技术无意局限于所选择的特定术语；应了解每个特定元件包括类似的方法运行以实现类似目的的所有技术等同物。钙钛矿型半导体材料甲胺铅碘(化学式CH3NH3PbI3，也即MAPbI3)是目前新型太阳能电池中的明星材料，其具有材料廉价、制备简单、光电转换能力强等特点，在研究过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种甲胺监测器，其特征在于，包括透明电极层、功能层、金属对电极层和外接电流表，其中，透明电极层、功能层和金属对电极层依次层叠而成；功能层包括电子传输层和钙钛矿活性层，其中，钙钛矿活性层层叠在电子传输层上。

【技术特征摘要】
1.一种甲胺监测器，其特征在于，包括透明电极层、功能层、金属对电极层和外接电流表，其中，透明电极层、功能层和金属对电极层依次层叠而成；功能层包括电子传输层和钙钛矿活性层，其中，钙钛矿活性层层叠在电子传输层上。2.根据权利要求1所述的一种甲胺监测器，其特征在于，电子传输层的材料选用的是采用SnO2或TiO2；钙钛矿活性层的材料为(RNH3)AXnY3-n，其中，R＝烃基；A＝Pb，Sn；X，Y＝Cl，Br，I；n为0-3的实数。3.根据权利要求1所述的一种甲胺监测器，其特征在于，金属对电极层采用的材料为金、银、铝或铂。4.根据权利要求1所述的一种甲胺监测器，其特征在于，透明电极层、功能层和金属对电极层的面积依次减小；透明电极层和金属对电极层上分别连接有外接电表的正负极。5.根据权利要求1所述的一种甲胺监测器，其特征在于，钙钛矿活性层上还层叠有空穴传输层。6.根据权利要求5所述的一种甲胺监测器，其特征在于，空穴传输层上还层叠有阻隔层。7.一种甲胺监测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：首先，将透明电极层清洗干净后吹干备用；其次，在透明电极层上依次形成电子传输层、钙钛矿活性层和金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦校军，赵志国，董超，熊继光，邬俊波，
申请(专利权)人：中国华能集团有限公司，中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11