聚丙烯酸/氧化石墨烯纳米纤维薄膜及其制备方法和应用、氨气传感器技术

本发明专利技术提供了一种聚丙烯酸/氧化石墨烯纳米纤维薄膜及其制备方法和应用、氨气传感器，属于传感器技术领域。本发明专利技术提供了一种聚丙烯酸/氧化石墨烯纳米纤维薄膜的制备方法，聚丙烯酸/氧化石墨烯溶液经过静电纺丝得到聚丙烯酸/氧化石墨烯纳米纤维薄膜；其中，聚丙烯酸/氧化石墨烯溶液中，聚丙烯酸与氧化石墨烯的重量比为500‑2000：1。本发明专利技术制备得到的聚丙烯酸/氧化石墨烯纳米纤维薄膜比表面积大，空隙多，结构紧密，氨分子与聚丙烯酸中的羧基具有分子间作用力，方便了氨气在纤维薄膜中的扩散，用于氨气传感器时，具有优异的敏感性和重复性。

Polyacrylic acid/graphene oxide nanofibre film and its preparation and application, ammonia gas sensor

The invention provides a polyacrylic acid/graphene oxide nanofiber film, a preparation method and application thereof, and an ammonia gas sensor, belonging to the technical field of sensors. The present invention provides a preparation method of polyacrylic acid/graphene oxide nanofibers film. The polyacrylic acid/graphene oxide nanofibers film is prepared by electrospinning from polyacrylic acid/graphene oxide solution, in which the weight ratio of polyacrylic acid to graphene oxide is 500 to 2000:1 in polyacrylic acid/graphene oxide solution. The prepared polyacrylic acid/graphene oxide nanofiber film has large specific surface area, many voids, compact structure, and intermolecular force between ammonia molecule and carboxyl group in polyacrylic acid, which facilitates the diffusion of ammonia gas in the fiber film, and has excellent sensitivity and repeatability when used in ammonia gas sensor.

【技术实现步骤摘要】
聚丙烯酸/氧化石墨烯纳米纤维薄膜及其制备方法和应用、氨气传感器
本专利技术属于传感器
，具体涉及一种聚丙烯酸/氧化石墨烯纳米纤维薄膜及其制备方法和应用、氨气传感器。
技术介绍
氨气，是日常生活中日较为熟悉的一种有害气体。根据当前的大气指标，其浓度较低，在1ng/kg以下。在生产生活中，氨是一种尤为重要的原料，已经被大量地用在制造和生产农林产品中，但因制造和生产农林产品方面造成的氨的排放量，已经对人类的健康和地球的生态系统造成危害，根据职业安全健康管理局对生产生活环境中氨气的指标含量，所被允许氨气的最大浓度为20ppm。长期处在高浓度氨气环境中，会对作业工人的身体健康造成严重损伤，如果氨气体积分数超过3.5×10-5，人体在这种环境下不得超过15min；氨气体积分数超过2.5×10-5时，人体在这种氨环境下不得超过8h。在标准的大气环境下，如果氨气的体积浓度超过平常标准，例如，达到15％～28％时，将十分容易引起爆炸。在化工生产中，由于设备陈旧、管理不科学等原因，难免会造成氨气的泄漏，氨气的泄漏对环境和操作工人的身体健康都将造成很大的危害，因此，很多情况下，还需要及时有效地检测氨气的浓度。因此，所期望的是提供一种可以快速检测到大气中氨气含量的传感装置，能够解决上述问题中的至少一个。鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的在于提供一种聚丙烯酸/氧化石墨烯纳米纤维薄膜的制备方法，能够克服上述问题或者至少部分地解决上述技术问题。本专利技术的第二个目的在于提供由上述制备方法得到的聚丙烯酸/氧化石墨烯纳米纤维薄膜；该聚丙烯酸/氧化石墨烯纳米纤维薄膜比表面积大，空隙多，氨分子与聚丙烯酸中的羧基具有分子间作用力，方便了氨气在纤维薄膜中的扩散。本专利技术的第三个目的在于提供上述聚丙烯酸/氧化石墨烯纳米纤维薄膜在制备氨气传感器中的应用。本专利技术的第四个目的在于提供一种氨气传感器，包括上述制备方法得到的聚丙烯酸/氧化石墨烯纳米纤维薄膜，包括有聚丙烯酸/氧化石墨烯纳米纤维薄膜的氨气传感器具有优异的敏感性和重复性。根据本专利技术第一个方面，提供了一种聚丙烯酸/氧化石墨烯纳米纤维薄膜的制备方法，聚丙烯酸/氧化石墨烯溶液经过静电纺丝得到聚丙烯酸/氧化石墨烯纳米纤维薄膜；其中，聚丙烯酸/氧化石墨烯溶液中，聚丙烯酸与氧化石墨烯的重量比为500-2000：1。优选地，将聚丙烯酸溶液与氧化石墨烯溶液混匀，得到聚丙烯酸/氧化石墨烯溶液。优选地，所述聚丙烯酸溶液为聚丙烯酸水溶液；和/或，所述氧化石墨烯溶液为氧化石墨烯水溶液；优选地，所述聚丙烯酸水溶液中聚丙烯酸的浓度为200-300mg/mL的，优选为250mg/mL；和/或，所述氧化石墨烯水溶液中氧化石墨烯的浓度为1-3mg/mL，优选为1.8-2.2mg/mL。优选地，所述聚丙烯酸/氧化石墨烯溶液为聚丙烯酸/氧化石墨烯水溶液；优选地，所述聚丙烯酸与氧化石墨烯的重量比为1250-1750：1，优选为1500：1；优选地，所述聚丙烯酸/氧化石墨烯溶液中聚丙烯酸的浓度为200-250mg/mL；和/或，所述聚丙烯酸/氧化石墨烯溶液中氧化石墨烯的浓度为0.1-0.4mg/mL。优选地，所述聚丙烯酸的重均分子量为20-30万。优选地，所述氧化石墨烯的直径为50-200nm。优选地，所述静电纺丝的电压为10-15kV；和/或，所述静电纺丝的温度为20-30℃；和/或，所述静电纺丝的湿度为40％-50％；和/或，所述静电纺丝的电极距离12-18cm，优选为15cm；和/或，所述静电纺丝的进料速度为0.3-0.8mL/h，优选为0.5mL/h。根据本专利技术第二个方面，提供了上述制备方法得到的聚丙烯酸/氧化石墨烯纳米纤维薄膜。根据本专利技术第三个方面，提供了上述聚丙烯酸/氧化石墨烯纳米纤维薄膜在氨气传感器中的应用。根据本专利技术第四个方面，提供了一种氨气传感器，包括上述制备方法得到的聚丙烯酸/氧化石墨烯纳米纤维薄膜。本专利技术通过静电纺丝制备得到的聚丙烯酸/氧化石墨烯纳米纤维薄膜比表面积大，空隙多，结构紧密，氨分子与聚丙烯酸中的羧基具有分子间作用力，方便了氨气在纤维薄膜中的扩散，用于氨气传感器时，具有优异的敏感性和重复性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的PAA纳米纤维修饰QCM晶片的装置；图2为实施例1得到的聚丙烯酸/氧化石墨烯纳米纤维薄膜的纤维形态；图3为实施例2得到的聚丙烯酸/氧化石墨烯纳米纤维薄膜的纤维形态；图4为实施例3得到的聚丙烯酸/氧化石墨烯纳米纤维薄膜的纤维形态；图5为实施例4得到的聚丙烯酸/氧化石墨烯纳米纤维薄膜的纤维形态；图6为纯PAA氨气灵敏度曲线；图7为PAA/氧化石墨烯12:1氨气敏感曲线；图8为实施例2空晶片震频变化图(横坐标单位是s，横坐标每格为500s，横坐标的起始坐标为0s；纵坐标单位是MHz，纵坐标每格为0.0000015MHz，纵坐标的起始坐标为4.9887185MHz；其中，“横坐标每格为500s”是指横坐标中标有数值之间为500s)；图9为实施例2膜平衡震频变化图(横坐标单位是s，横坐标每格为200s，横坐标的起始坐标为0s；纵坐标单位是MHz，纵坐标每格为0.0000045MHz，纵坐标的起始坐标为4.9875210MHz)；图10为PAA/氧化石墨烯8:1氨气敏感曲线；图11为实施例4空晶片震频变化图(横坐标单位是s，横坐标每格为500s，横坐标的起始坐标为0s；纵坐标单位是MHz，纵坐标每格为0.0000020MHz，纵坐标的起始坐标为4.9890650MHz)；图12为实施例4膜平衡震频变化图(横坐标单位是s，横坐标每格为20s，横坐标的起始坐标为0s；纵坐标单位是MHz，纵坐标每格为0.0000002MHz，纵坐标的起始坐标为4.9880418MHz)；图13为PAA/氧化石墨烯4:1氨气敏感曲线；图14为纤维重复性频率变化图(图14左图中：横坐标单位是s，横坐标每格为50s，横坐标的起始坐标为0s；纵坐标单位是MHz，纵坐标每格为0.0000015MHz，纵坐标的起始坐标为4.9000000MHz。图14右图中：横坐标单位是s，横坐标每格为20s，横坐标的起始坐标为0s；纵坐标单位是MHz，纵坐标每格为0.0000015MHz，纵坐标的起始坐标为4.9000000MHz)。具体实施方式下面将结合实施例及附图对本专利技术的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。根据本专利技术第一个方面，提供了一种聚丙烯酸/氧化石墨烯纳米纤维薄膜的制备方法，聚丙烯酸/氧化石墨烯溶液经过静电纺丝得到聚丙烯酸/氧化石墨烯纳米纤维薄膜；其中，聚丙烯酸/氧化石墨烯溶液中，聚丙烯酸与氧化石墨烯的重量比为500-2000：1。本专利技术制备得到的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚丙烯酸/氧化石墨烯纳米纤维薄膜的制备方法，其特征在于，聚丙烯酸/氧化石墨烯溶液经过静电纺丝，得到聚丙烯酸/氧化石墨烯纳米纤维薄膜；其中，聚丙烯酸/氧化石墨烯溶液中，聚丙烯酸与氧化石墨烯的重量比为500‑2000：1。

【技术特征摘要】
1.一种聚丙烯酸/氧化石墨烯纳米纤维薄膜的制备方法，其特征在于，聚丙烯酸/氧化石墨烯溶液经过静电纺丝，得到聚丙烯酸/氧化石墨烯纳米纤维薄膜；其中，聚丙烯酸/氧化石墨烯溶液中，聚丙烯酸与氧化石墨烯的重量比为500-2000：1。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将聚丙烯酸溶液与氧化石墨烯溶液混匀，得到聚丙烯酸/氧化石墨烯溶液。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯酸溶液为聚丙烯酸水溶液；和/或，所述氧化石墨烯溶液为氧化石墨烯水溶液；优选地，所述聚丙烯酸水溶液中聚丙烯酸的浓度为200-300mg/mL，优选为250mg/mL；和/或，所述氧化石墨烯水溶液中氧化石墨烯的浓度为1-3mg/mL，优选为1.8-2.2mg/mL。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯酸/氧化石墨烯溶液为聚丙烯酸/氧化石墨烯水溶液；优选地，所述聚丙烯酸与氧化石墨烯的重量比为1250-1600：1，优选为1500：1；优选地，所述聚丙烯酸/氧化石墨烯溶液中聚丙烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：于晖，李喆，蔡洁，李英毅，朱吉昌，曾健豪，郭永诗，黄琪帏，邹捷，
申请(专利权)人：五邑大学，
类型：发明
国别省市：广东,44