【技术实现步骤摘要】
基于聚苯胺-碳化钒的氨气传感器制备方法及其检测系统和应用
本专利技术属于传感器材料及气体检测系统领域，尤其涉及的是一种基于聚苯胺-碳化钒的氨气传感器制备方法及其检测系统和应用。
技术介绍
随着现代工业化社会的快速发展，环境污染已大大增加。因此有必要不断监测和控制环境中的污染。为了保护环境并防止对人类的伤害，对有毒气体的检测变得越来越重要。氨气(NH3)是一种无色有毒的污染气体，广泛存在于人类生活的各个领域，可能致使工业生产中的爆炸事故。除此之外，它还对人体健康构成威胁，即便是低浓度的氨气也会对人体健康产生严重影响，如引起咽喉刺激、皮肤发痒、头晕和恶心等。在大多数工业发达国家，对环境中的有毒气体已经建立了严格的质量标准，氨气也不例外。在家庭和工业工厂的空气中，暴露的氨气浓度水平受到严格限制。美国职业安全与健康研究所(NIOSH)规定了氨气的浓度上限为25ppm。因此，研制高灵敏度的氨气传感器，对监测氨气泄漏及人类的生存环境和健康状态具有重要的现实意义。导电聚合物聚苯胺(简称PANI)由于具有灵敏度高、环境友好、...
【技术保护点】
1.一种基于聚苯胺-碳化钒的氨气传感器制备方法，其特征在于，气敏传感器表面采用聚苯胺-碳化钒复合材料，PANI-V
【技术特征摘要】
1.一种基于聚苯胺-碳化钒的氨气传感器制备方法，其特征在于，气敏传感器表面采用聚苯胺-碳化钒复合材料，PANI-V2C电阻式氨气气敏传感器制备步骤包括：
1)采用熔融盐法制备V2AlC；
2)将V2AlC粉末浸入蚀刻液制成V2CMXene：蚀刻液由NaF与盐酸混合制成；将1.44gV2AlC粉末浸入蚀刻液，并在搅拌下将溶液90℃保持72小时；之后，从蚀刻液中离心分离出V2C粉末，并用去离子水和乙醇分别洗涤若干，除去吸收的离子和残留的前体；
3)采用原位聚合法制备PANI-V2C复合材料：①将2.5mL盐酸加入到30mL去离子水中，然后将91.75μL苯胺混合到酸溶液中搅拌；②同时将0.225g过硫酸铵和1gV2C加入20mL去离子水中搅拌；③将上述①和②两种溶液混合之后搅拌形成均匀溶液；④在(0-5)℃下，搅拌上述溶液2个小时，直至溶液的颜色从黑色逐渐变为深绿色，PANI-V2C复合材料溶液形成；
4)通过用交叉指型电极将PANI-V2C溶液滴在环氧树脂基板上形成传感膜，然后在60℃下真空干燥4小时，得到PANI-V2C气敏传感器；
其中，在环氧树脂基板表面制造PANI-V2C混合薄膜之后，叉指电极的电阻随氨气浓度的变化而变化。
2.根据权利要求1所述的氨气传感器制备方法，其特征在于，在步骤1)中，V2AlC制备方法包括：①按照摩尔比2:1.2:1称取V、Al和C粉末，根据(2V/1.2Al/C):NaCl＝1:1的质量比称取氯化钠NaCl粉末；②将各粉末在球磨机内充分混合12小时；③送入氧化铝坩埚的管式炉中，在99％v/v的流动氩气气氛中于1400℃退火2小时；④将退火后的产物压碎并通过500目筛，得到V2AlC粉末。
3.根据权利要求1所述的氨气传感器制备方法，其特征在于，在步骤2)中，刻蚀液制备方法：将2.00gNaF、40mL的盐酸和40mL蒸馏水超声混合15分钟；反应剩余氟化物的质量差用以获得氟离子0.6mol-L摩尔浓度的蚀刻液m，和/或
在步骤3)中，上述④溶液的搅拌采用慢速磁力搅拌，优选搅拌速率200r/min；
盐酸优选为12mol/L的HCl水溶液，叉指电极优选由金/铬材料制成。
4.根据权利要求1所述的氨气传感器制备方法，其特征在于，
PANI-V2C混合膜表面上的氨气吸附过程为：
①由于PANI属于翠绿亚胺盐形态的导电p型半导体，结合现场的氧化聚合反应，其首先会发生质子化产生N+-H化学键；②由可逆反应NH3(gas)+当传感器接触氨气时，PANI表面会吸收氨分子；③并且PANI的NH基团与氨分子反应形成NH4+，故传感器的电阻值随着氨气浓度的升高而逐渐增加；④当传感器重新放置于空气中时，上述反应的产物重新产生氨气分子和质子，传感器的电阻值随着氨气浓度的降低而降低；
优选的，在PANI-V2C混合膜中，对于处于动态平衡状态的p-n异质结：
①在p型PANI和n型V2C的异质结处会产生耗尽层电子场：当传感器接触到氨气时，PANI的空穴和V2C的电子各自向相反的方向移动，直至新的费米能级达到平衡；在上述过程中，p型PANI和n型V2C之间的电子转移由于势垒的存在而移动受阻，导致耗尽层的厚度增加，进而使得传感器电阻值的增加；
②PANI-V2C的p-n异质结具有电敏性质和信号放大...
【专利技术属性】
技术研发人员：张冬至，刘虹良，王志，王兴伟，孟维琦，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东;37
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