一种复合膜及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开一种复合膜及其制备方法与应用，方法包括步骤：将所述富勒醇与硅烷偶联剂混合后脱水，得到硅烷偶联剂修饰的富勒烯；配制硅烷偶联剂修饰的富勒烯的碱性溶液；将所述硅烷偶联剂修饰的富勒烯的碱性溶液沉积在所述基板上，形成第一薄膜；在所述第一薄膜上沉积所述金属氧化物纳米颗粒溶液，形成第二薄膜，并在所述第一薄膜和第二薄膜的结合界面处，使位于第一薄膜表面的富勒烯中表面的氨基或巯基与位于第二薄膜表面的金属氧化物纳米颗粒中的表面金属元素结合，制备得到所述复合膜。本发明专利技术不仅能够降低气敏传感器制备成本，还能够进一步改善气敏传感器的选择性能。

【技术实现步骤摘要】
一种复合膜及其制备方法与应用
本专利技术涉及气敏传感器件
，尤其涉及一种复合膜及其制备方法与应用。
技术介绍
半导体传感器（semiconductortransducer）利用半导体材料的各种物理、化学和生物学特性制成的传感器。所采用的半导体材料多数是硅以及Ⅲ-Ⅴ族和Ⅱ-Ⅵ族元素化合物。半导体传感器种类繁多，它利用近百种物理效应和材料的特性，具有类似于人眼、耳、鼻、舌、皮肤等多种感觉功能。对于气敏传感器而言主要是利用金属氧化物纳米材料进行制备，由于金属氧化物纳米材料具有较大的比表面积、优良的电学特性以及对表面的吸附敏感的特点，因此将半导体金属氧化物应用于气敏传感器气中有望得到响应速度快、灵敏度高、选择性好的传感器件。目前基于金属氧化物的气体传感器虽然获得了一定的成就，但在灵敏度以及选择性上仍需进一步的提高和完善。减小纳米颗粒的尺寸和增加材料的比表面积是改善传感器灵敏度和选择性的关键所在。在现有的技术中，为了增大纳米材料的比表面积、导电率和表面吸附敏感度，采用了石墨烯和纳米颗粒进行复合来改善传感器的选择性能。然而石墨烯与纳米颗粒复合也会存在一些不足之处，如石墨烯与纳米颗粒之间结合不紧密影响纳米颗粒膜与石墨烯之间的传导性，还有在制备石墨烯层时需要利用到气相沉积技术成本较高。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种复合膜及其制备方法与应用，旨在解决现有石墨烯与纳米颗粒之间结合不紧密影响纳米颗粒膜与石墨烯之间的传导性，还有在制备石墨烯层时需要利用到气相沉积技术导致成本较高的问题。本专利技术的技术方案如下：一种复合膜的制备方法，其中，包括步骤：提供富勒醇，将所述富勒醇与硅烷偶联剂混合后脱水，得到硅烷偶联剂修饰的富勒烯，所述硅烷偶联剂的通式为YSiX3，其中X为烷氧基，Y为非水解基团，Y中碳链末端含有氨基取代基或巯基取代基；提供金属氧化物纳米颗粒溶液；提供基板，将所述硅烷偶联剂修饰的富勒烯的碱性溶液沉积在所述基板上，形成第一薄膜；在所述第一薄膜上沉积所述金属氧化物纳米颗粒溶液，形成第二薄膜，并在所述第一薄膜和第二薄膜的结合界面处，使位于第一薄膜表面的富勒烯中表面的氨基或巯基与位于第二薄膜表面的金属氧化物纳米颗粒中的表面金属元素结合，制备得到所述复合膜。所述的复合膜的制备方法，其中，所述富勒醇的通式为Cm(OH)n，其中，28≤m≤104，16≤n≤60，n<m。所述的复合膜的制备方法，其中，所述硅烷偶联剂选自NH2(CH2)3Si（OCH3）3、NH2(CH2)3Si（OC2H5）3、NH2(CH2)2NH(CH2)3Si（OCH3）3、NH2(CH2)2NH(CH2)3Si（OC2H5）3和SH(CH2)3Si（OC2H5）3中的一种。所述的复合膜的制备方法，其中，将所述富勒醇与硅烷偶联剂混合后脱水的步骤中，按所述富勒醇与所述硅烷偶联剂的摩尔比为1mmol：（15~20mmol），将所述富勒醇与所述硅烷偶联剂混合。所述的复合膜的制备方法，其中，所述硅烷偶联剂修饰的富勒烯的碱性溶液中，所述硅烷偶联剂修饰的富勒烯的浓度为20~40mg/mL。所述的复合膜的制备方法，其中，所述金属氧化物纳米颗粒溶液中，所述金属氧化物纳米颗粒的粒径为1~100nm。所述的复合膜的制备方法，其中，将所述硅烷偶联剂修饰的富勒烯的碱性溶液沉积在所述基板上，形成第一薄膜的步骤包括：在大气环境下，采用溶液法将所述硅烷偶联剂修饰的富勒烯的碱性溶液沉积在所述基板上，在40~60℃条件下，退火处理30-60min，在所述基板上形成第一薄膜。所述的复合膜的制备方法，其中，在所述第一薄膜上沉积所述金属氧化物纳米颗粒溶液，形成第二薄膜，并在所述第一薄膜和第二薄膜的结合界面处，使位于第一薄膜表面的富勒烯中表面的氨基或巯基与位于第二薄膜表面的金属氧化物纳米颗粒中的表面金属元素结合的步骤包括：将所述金属氧化物纳米颗粒溶液沉积在所述第一薄膜表面，在60~90℃条件下，退火处理30-60min，在所述第一薄膜上层叠形成第二薄膜。一种复合膜，其中，包括第一薄膜，所述第一薄膜的材料包括硅烷偶联剂修饰的富勒烯，所述硅烷偶联剂的通式为YSiX3，其中X为烷氧基，Y为非水解基团，Y中碳链末端含有氨基取代基或巯基取代基；还包括层叠形成在所述第一薄膜一表面的第二薄膜，所述第二薄膜的材料为金属氧化物纳米颗粒；在所述第一薄膜和第二薄膜的结合界面处，位于所述第一薄膜表面的富勒烯中的硅烷偶联剂中的氨基或巯基与位于第二薄膜表面的金属氧化物纳米颗粒中的表面金属元素结合。一种复合膜的应用，其中，将本专利技术所述的复合膜用作气敏传感器中的气敏层。有益效果：与现有相比，本专利技术具有以下好处：一是不仅能够降低制备成本，同时还能够进一步增加复合膜的比表面积从而进一步改善气敏传感器的选择性能；二是能够进一步的增强复合膜的电传导性，而且能够改善光响应速率；三是硅烷偶联剂的使用不仅能够有效的使富勒醇与金属纳米颗粒之间紧密联系起来改善复合膜的密集度，同时又能够改善金属氧化物纳米颗粒与富勒醇之间电荷传导性。附图说明图1为本专利技术实施例的气敏传感器的结构示意图。具体实施方式本专利技术提供一种复合膜及其制备方法与应用，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供一种复合膜的制备方法，其中，包括步骤：提供富勒醇，将所述富勒醇与硅烷偶联剂混合后脱水，得到硅烷偶联剂修饰的富勒烯，所述硅烷偶联剂的通式为YSiX3，其中X为烷氧基，Y为非水解基团，Y中碳链末端含有氨基取代基或巯基取代基；配置硅烷偶联剂修饰的富勒烯的碱性溶液；提供金属氧化物纳米颗粒溶液；提供基板，将所述硅烷偶联剂修饰的富勒烯的碱性溶液沉积在所述基板上，形成第一薄膜；在所述第一薄膜上沉积所述金属氧化物纳米颗粒溶液，形成第二薄膜，并在所述第一薄膜和第二薄膜的结合界面处，使位于第一薄膜表面的富勒烯中表面的氨基或巯基与位于第二薄膜表面的金属氧化物纳米颗粒中的表面金属元素结合，制备得到所述复合膜。现有技术中，石墨烯与金属氧化物纳米颗粒之间结合不紧密，影响石墨烯与金属氧化物纳米颗粒之间的传导性，还有在制备石墨烯层时需要利用到气相沉积技术，导致成本较高。为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术主要改进之处在于：利用富勒醇、硅烷偶联剂和金属氧化物纳米颗粒三者的特性制备得到复合膜。具体为：首先利用硅烷偶联剂对富勒醇进行表面修饰，得到硅烷偶联剂修饰的富勒烯，然后将硅烷偶联剂修饰的富勒烯进行沉积得到第一薄膜，最后在第一薄膜上沉积金属氧化物纳米颗粒，得到第二薄膜，在所述第一薄膜和第二薄膜的结合界面处，所述第一薄膜表面的富勒烯中表面的氨基或巯基与位于第二薄膜表面的金属氧化物纳米颗粒中的表面金属元素结合，形成所述复合膜。将制备得到的所述复合膜用作气敏传感器件中的气敏层。与现有相比，本专利技术具有以下好处：一是不仅能够降低制备成本，同时还能够进一步增加复合膜的比表面积从而进一步改善气敏传感器的选择性能；二是能够进一步的增强复合膜的电传导性，而且能够改善光响应速率；三是硅烷偶联剂的使用不仅能够有效的使富勒醇与金属纳米颗粒之间紧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合膜的制备方法，其特征在于，包括步骤：提供富勒醇，将所述富勒醇与硅烷偶联剂混合后脱水，得到硅烷偶联剂修饰的富勒烯，所述硅烷偶联剂的通式为YSiX3，其中X为烷氧基，Y为非水解基团，Y中碳链末端含有氨基取代基或巯基取代基；提供金属氧化物纳米颗粒溶液；提供基板，将所述硅烷偶联剂修饰的富勒烯的碱性溶液沉积在所述基板上，形成第一薄膜；在所述第一薄膜上沉积所述金属氧化物纳米颗粒溶液，形成第二薄膜，并在所述第一薄膜和第二薄膜的结合界面处，使位于第一薄膜表面的富勒烯中表面的氨基或巯基与位于第二薄膜表面的金属氧化物纳米颗粒中的表面金属元素结合，制备得到所述复合膜。

【技术特征摘要】
1.一种复合膜的制备方法，其特征在于，包括步骤：提供富勒醇，将所述富勒醇与硅烷偶联剂混合后脱水，得到硅烷偶联剂修饰的富勒烯，所述硅烷偶联剂的通式为YSiX3，其中X为烷氧基，Y为非水解基团，Y中碳链末端含有氨基取代基或巯基取代基；提供金属氧化物纳米颗粒溶液；提供基板，将所述硅烷偶联剂修饰的富勒烯的碱性溶液沉积在所述基板上，形成第一薄膜；在所述第一薄膜上沉积所述金属氧化物纳米颗粒溶液，形成第二薄膜，并在所述第一薄膜和第二薄膜的结合界面处，使位于第一薄膜表面的富勒烯中表面的氨基或巯基与位于第二薄膜表面的金属氧化物纳米颗粒中的表面金属元素结合，制备得到所述复合膜。2.根据权利要求1所述的复合膜的制备方法，其特征在于，所述富勒醇的通式为Cm(OH)n，其中，28≤m≤104，16≤n≤60，n<m。3.根据权利要求2所述的复合膜的制备方法，其特征在于，所述富勒醇为C60(OH)36。4.根据权利要求1所述的复合膜的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂选自NH2(CH2)3Si（OCH3）3、NH2(CH2)3Si（OC2H5）、3NH2(CH2)2NH(CH2)3Si（OCH3）3、NH2(CH2)2NH(CH2)3Si（OC2H5）3和SH(CH2)3Si（OC2H5）3中的一种。5.根据权利要求1所述的复合膜的制备方法，其特征在于，所述金属氧化物纳米颗粒溶液中，所述金属氧化物纳米颗粒选自Fe2O8纳米颗粒、TiO2纳米颗粒、CoO纳米颗粒或MgO纳米颗粒。6.根据权利要求1所述的复合膜的制备方法，其特征在于，将所述富勒醇与硅烷偶联剂混合后脱水的步骤中，按所述富勒醇与所述硅烷偶联剂的摩尔比为1mmol：（15~20mmol），将所述富勒醇与所述硅烷偶联剂混合。7.根据权利要求1所述的复合膜的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂修饰的富勒烯的碱性溶液中，所述硅烷偶联剂修饰的富勒烯的浓度为20~40mg/m...

【专利技术属性】
技术研发人员：程陆玲，杨一行，
申请(专利权)人：TCL集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44