用于气体检测的纳米复合敏感膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种用于气体检测的纳米复合敏感膜及其制备方法。该方法包括：提供透明衬底；在所述透明衬底上制作形成透明固定层；在所述透明固定层上制作形成敏感材料层，其中所述敏感材料层中包括量子点材料、金属纳米材料和具有负电性的微纳米透光材料。该敏感膜包括：透明衬底；透明固定层，设置于所述透明衬底上；敏感材料层，设置于所述透明固定层上，其中所述敏感材料层中包括量子点材料、金属纳米材料和具有负电性的微纳米透光材料。在制备过程中加入具有负电性的微纳米透光材料，有效地避免了量子点和金属纳米粒子的团聚问题，有利于提高量子点的活性和荧光强度。制成的敏感膜具有灵敏度高、稳定性好、寿命长、便于携带和操作等诸多优势。

Nano composite sensitive film for gas detection and its preparation

The invention discloses a nano composite sensitive film for gas detection and a preparation method thereof. The method comprises: providing a transparent substrate; making a transparent fixing layer on the transparent substrate; making a sensitive material layer on the transparent fixing layer, wherein the sensitive material layer includes a quantum dot material, a metal nano material and a micro nano transparent material with negative electricity. The sensitive film comprises a transparent substrate, a transparent fixing layer arranged on the transparent substrate, a sensitive material layer arranged on the transparent fixing layer, wherein the sensitive material layer comprises a quantum dot material, a metal nano material and a micro nano transparent material with negative electricity. In the process of preparation, the addition of micro nano transparent materials with negative electricity can effectively avoid the agglomeration of quantum dots and metal nanoparticles, which is conducive to improving the activity and fluorescence intensity of quantum dots. The film has many advantages, such as high sensitivity, good stability, long life, easy to carry and operate.

【技术实现步骤摘要】
用于气体检测的纳米复合敏感膜及其制备方法
本专利技术属于气体检测
，具体地讲，涉及一种用于气体检测的纳米复合敏感膜及其制备方法。
技术介绍
甲醛（HCHO），是一种常见的室内空气污染物，作为“可能的人类致癌物”，甲醛对人类健康和环境构成严重威胁。研究表明，甲醛暴露30分钟允许浓度仅为0.08ppm。美国国家职业安全与健康研究所（NIOSH）将0.016ppm定为最大的长期接触限性，世界卫生组织已经确定了30min的暴露限值为0.08ppm。因此，有必要对甲醛浓度进行及时、准确的监测。然而，许多传统的甲醛检测方法，在造价、操作、准确度上，都存在或多或少的不足，为了实现更好的性能，对选择性检测材料和有效传感结构进行了广泛的研究。量子点作为荧光无机纳米粒子（FINPs）的主要组成部分，由于其独特的光学特性，近年来已扩展至如传感、荧光成像应用、微阵列等许多领域。研究人员注意到，稀有金属的局部表面等离子体共振能够有效增强量子点的荧光。由于量子点成膜难、金属纳米粒子易团聚等问题，对金属粒子表面等离子体共振增强量子点荧光的应用的研究，存在很多困难。
技术实现思路
（一）本专利技术所要解决的技术问题本专利技术解决的技术问题是：如何克服量子点和金属纳米粒子易团聚问题以提高量子点的荧光效率。（二）本专利技术所采用的技术方案为解决上述的技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种用于气体检测的纳米复合敏感膜的制备方法，包括：提供透明衬底；在所述透明衬底上制作形成透明固定层；在所述透明固定层上制作形成敏感材料层，其中所述敏感材料层中包括量子点材料、金属纳米材料和具有负电性的微纳米透光材料。优选地，在所述衬底上制作形成透明固定层的方法包括：在所述透明衬底上制作形成聚乙烯醇层；在所述聚乙烯醇层上制作形成二氧化硅阵列层，以形成透明固定层。优选地，所述二氧化硅阵列层为单层阵列层，且所述二氧化硅阵列层的材料为直径为1μm-999μm的二氧化硅小球。优选地，所述具有负电性的微纳米透光材料为气相二氧化硅材料，其中所述制备方法还包括：制备气相二氧化硅溶液；在所述气相二氧化硅溶液中加入量子点材料，以形成混合溶液；在所述混合溶液中加入金属纳米材料，以形成敏感材料溶液。优选地，在所述二氧化硅阵列层上制作形成敏感材料层的方法包括：将所述敏感材料溶液涂覆在所述二氧化硅阵列层上，并进行干燥处理，以形成敏感材料层。优选地，采用旋涂方式在所述二氧化硅阵列层上涂覆敏感材料溶液，其中旋涂的转速为50r/s~300r/s。优选地，干燥处理的环境温度为273.15K~303.15K，干燥处理的时间大于1小时。优选地，所述量子点材料的直径范围为1nm~20nm，所述金属纳米材料的直径范围为10nm~30nm，所述具有负电性的微纳米透光材料的直径范围为1nm~999nm。优选地，所述量子点材料的激发光波长和荧光波长的差值大于1nm。本专利技术还提供了一种一种用于气体检测的纳米复合敏感膜，包括：透明衬底；透明固定层，设置于所述透明衬底上；敏感材料层，设置于所述透明固定层上，其中所述敏感材料层中包括量子点材料、金属纳米材料和具有负电性的微纳米透光材料。（三）有益效果本专利技术公开了一种用于气体检测的纳米复合敏感膜及其制备方法，与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：在制备过程中加入气相二氧化硅材料，可以有效地避免量子点和金属纳米粒子的团聚问题，有利于提高量子点的活性和荧光强度。制成的敏感膜可以通过荧光的变化，对气体进行有效的特异性检测，其具有灵敏度高、稳定性好、寿命长、便于携带和操作等诸多优势，在家庭、工业、环境监测等领域具有广阔的应用前景。附图说明图1是本专利技术的实施例一的用于气体检测的纳米复合敏感膜的结构示意图。图2是本专利技术的实施例一的用于气体检测的纳米复合敏感膜的制备方法流程图。图3是本专利技术的实施例二的敏感材料的TEM表征图。图4是本专利技术所述的纳米复合敏感膜的SEM表征图。图5是本专利技术所述的敏感材料中添加气相二氧化硅前后荧光强度变化的数据对比图。图6是本专利技术所述的敏感材料中添加金属纳米粒子前后荧光强度变化的数据对比图。图7是本专利技术荧光强度在积分时间为30ms时，在不同温度下的数据图。图8是本专利技术荧光强度在积分时间为30ms时，在不同湿度下的数据图。图9是本专利技术荧光强度在积分时间为30ms时，在甲醛浓度为1ppm的响应数据图。图10是本专利技术荧光强度在积分时间为30ms时，反复通入甲醛和氮气变化的数据图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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。实施例一如图1所示，根据本专利技术的实施例一的用于气体检测的纳米复合敏感膜包括透明衬底10、设置于透明衬底10上的透明固定层20以及设置于透明固定层20上的敏感材料层30，其中敏感材料层30中包括量子点材料、金属纳米材料和具有负电性的微纳米透光材料。透明固定层20用于承载和固定敏感材料层30，敏感材料层30用于与特异性气体发生催化氧化反应，如甲醛，从而实现对特异性气体浓度的检测。具有负电性的微纳米透光材料用于防止敏感材料层制作过程发生团聚现象，金属纳米材料用于提高量子点的荧光强度。其中具有负电性的微纳米透光材料可采用气相二氧化硅、聚苯乙烯颗粒、气相二氧化钛和聚甲基丙烯酸甲酯材料等。下面以气相二氧化硅材料为例，从理论上分析气相二氧化硅材料和金属纳米材料的作用。量子点是纳米级别的半导体颗粒结构，被束缚在极小的空间里的电子、空穴具有极强的活跃性，在外界条件下，如光照，活跃的电子很容易发生跃迁，在跃迁的过程中，会发生荧光等形式的能量转化。纳米级别的尺度，使得溶液中的量子点在干燥成膜的过程中，受液体的表面张力等影响，极易发生量子点团聚，导致量子点失活、荧光淬灭等。为了避免量子点因团聚而失活，在敏感材料溶液中加入水溶性纳米气相二氧化硅为量子点提供了足够的静电力，通过该方法减弱或避免了量子点团聚带来的影响。表面等离子体共振是在特定条件下金属纳米粒子表面的自由电子由于振荡而产生表面等离子体波的一种物理现象。当表面等离子体波和入射光的频率波数相等时，两者发生共振。贵金属和量子点的结合，会在量子点禁带中引入杂质能级，在激发光的作用下，量子点价带上的电子，受激跃迁至导带，产生的电子和空穴会被杂质能级所捕获，由此增强了光催化活性。同时，由于金属纳米粒子的吸收光谱很宽，荧光量子点和金属纳米粒子的结合，可以提高这种纳米复合材料的吸收光谱宽度，增强荧光效应。下面从两个实施例分别描述用于气体检测的纳米复合敏感膜的制备方法。实施例二如图2所示，根据本专利技术实施例二的用于气体检测的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于气体检测的纳米复合敏感膜的制备方法，其特征在于，包括：/n提供透明衬底（10）；/n在所述透明衬底（10）上制作形成透明固定层（20）；/n在所述透明固定层（20）上制作形成敏感材料层（30），其中所述敏感材料层（40）中包括量子点材料、金属纳米材料和具有负电性的微纳米透光材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于气体检测的纳米复合敏感膜的制备方法，其特征在于，包括：
提供透明衬底（10）；
在所述透明衬底（10）上制作形成透明固定层（20）；
在所述透明固定层（20）上制作形成敏感材料层（30），其中所述敏感材料层（40）中包括量子点材料、金属纳米材料和具有负电性的微纳米透光材料。


2.根据权利要求1所述的用于气体检测的纳米复合敏感膜的制备方法，其特征在于，在所述衬底（10）上制作形成透明固定层（20）的方法包括：
在所述透明衬底（10）上制作形成聚乙烯醇层（21）；
在所述聚乙烯醇层（21）上制作形成二氧化硅阵列层（22），以形成透明固定层（20）。


3.根据权利要求2所述的用于气体检测的纳米复合敏感膜的制备方法，其特征在于，所述二氧化硅阵列层（22）为单层阵列层，且所述二氧化硅阵列层（22）的材料为直径为1μm-999μm的二氧化硅小球。


4.根据权利要求3所述的用于气体检测的纳米复合敏感膜的制备方法，其特征在于，所述具有负电性的微纳米透光材料为气相二氧化硅材料，其中所述制备方法还包括：
制备气相二氧化硅溶液；
在所述气相二氧化硅溶液中加入量子点材料，以形成混合溶液；
在所述混合溶液中加入金属纳米材料，以形成敏感材料溶液。


5.根据权利要求4所述的用于气体检测的纳米复合敏感膜的制备方法，其特征在于，在所述二...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢晓波，薛盛，王天赐，谷文韬，陈明玉，王海燕，吴家隐，李宗宝，冯爽，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东;44