基于溶胀动态响应的气体传感器及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种基于溶胀动态响应的气体传感器及其制备方法，所述气体传感器包括基底、设置于所述基底上的导电层及设置于所述导电层上的电极；所述基底包括彼此结合的第一复合层和第二复合层，所述第二复合层的模量大于所述第一复合层的模量，所述第二复合层对有机气体发生溶胀时受到所述第一复合层的应力大于所述第二复合层形成褶皱的临界应力，以使得所述第二复合层产生形变而形成褶皱。通过微米级褶皱来改变气体传感器的透光率，从而可以根据气体传感器的透光率的变化来获取有机气体的浓度，实现对有机气体的动态响应，且检测完成后，微米级褶皱可以消失，使得第二复合层恢复成平滑表面，实现动态可逆。

【技术实现步骤摘要】
基于溶胀动态响应的气体传感器及其制备方法
本专利技术涉及传感器
，尤其涉及一种基于溶胀动态响应的气体传感器及其制备方法。
技术介绍
目前，智能感知交互电子是信息化技术发展的重要方向，材料和器件制备、开发的重点开始由静态响应向动态响应以及智能化的方向发展，而气体传感器作为感知交互电子中的器件也需要朝着动态响应以及智能化的方向发展，但是，现有的气体传感器只能静态地感知外界的刺激，缺少动态可逆的响应功能。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术提供一种基于溶胀动态响应的气体传感器及其制备方法，能够实现对有机气体的动态、可逆双信号响应。本专利技术提出的具体技术方案为：提供一种基于溶胀动态响应的气体传感器，所述气体传感器包括基底、设置于所述基底上的导电层及设置于所述导电层上的电极；所述基底包括彼此结合的第一复合层和第二复合层，所述第二复合层的模量大于所述第一复合层的模量；所述第二复合层对有机气体发生溶胀时受到所述第一复合层的应力大于所述第二复合层形成褶皱的临界应力，以使得所述第二复合层产生形变而形成褶皱。进一步地，所述第一复合层的材质为柔性材料优选为高分子材料。进一步地，所述第一复合层的材质为二甲基硅氧烷，所述第二复合层的材质为硅氧化物。进一步地，所述第二复合层的材质为聚乙烯醇。进一步地，所述褶皱的特征波长为1～500μm，和/或，所述第二复合层的厚度为10nm～100μm，优选为10nm～10μm，尤其优选为0.5μm。进一步地，所述导电层设置在所述第二复合层上，所述导电层包括彼此搭接的若干导电纳米线。本专利技术还提供了一种基于溶胀动态响应的气体传感器的制备方法，所述制备方法包括步骤：提供一基底，所述基底包括彼此结合的第一复合层和第二复合层，所述第二复合层的模量大于所述第一复合层的模量，所述第二复合层对有机气体发生溶胀时受到所述第一复合层的应力大于所述第二复合层形成褶皱的临界应力，以使得所述第二复合层产生形变而形成褶皱；在所述第二复合层上设置导电层；在所述导电层上设置电极。进一步地，所述制备方法具体包括：提供基底材料；对所述基底材料进行表面化处理以形成所述第二复合层，所述基底材料未被表面化处理部分形成所述第一复合层。进一步地，所述基底的材质为二甲基硅氧烷，对所述基底材料进行表面化处理具体包括：对所述基底材料进行紫外和臭氧处理，使得所述基底材料的表面氧化得到硅氧化物。进一步地，在所述第二复合层上设置导电层具体包括：配置导电纳米线溶液，利用电子印刷的方式，在所述第二复合层上形成由导电纳米线彼此搭接形成的所述导电层。本专利技术提出的基于溶胀动态响应的气体传感器包括基底、导电层及电极，所述基底包括彼此结合第一复合层和第二复合层；所述第二复合层的模量大于所述第一复合层的模量，所述第二复合层对有机气体发生溶胀时受到所述第一复合层的应力大于所述第二复合层形成褶皱的临界应力，以使得所述第二复合层产生形变而形成微米级褶皱，通过微米级褶皱来改变气体传感器的透光率，从而可以根据气体传感器的透光率的变化来获取有机气体的浓度，实现对有机气体的动态响应，且检测完成后，微米级褶皱可以消失，使得第二复合层恢复成平滑表面，实现动态可逆。附图说明下面结合附图，通过对本专利技术的具体实施方式详细描述，将使本专利技术的技术方案及其它有益效果显而易见。图1为基于溶胀动态响应的气体传感器的结构示意图；图2为基于溶胀动态响应的气体传感器对有机气体进行检测时基底1的SEM图；图3为基于溶胀动态响应的气体传感器的电阻值及透光率与有机气体的浓度的示意图；图4a～4d为基于溶胀动态响应的气体传感器的制备方法流程图。具体实施方式以下，将参照附图来详细描述本专利技术的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本专利技术，并且本专利技术不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本专利技术的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本专利技术的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。在附图中，相同的标号将始终被用于表示相同的元件。参照图1～2，本实施例提供的基于溶胀动态响应的气体传感器包括基底1、导电层2及电极3。导电层2设于基底1的上表面，电极3设于导电层2的上表面。基底1包括彼此结合的第一复合层11和第二复合层12。第二复合层12的模量大于第一复合层11的模量，第二复合层12对有机气体发生溶胀时受到第一复合层11的应力大于第二复合层12形成褶皱的临界应力，以使得第二复合层12产生形变而形成褶皱(如图2所示)。本实施例中的基底1为双层膜结构，位于基底1的底层为第一复合层11，位于基底1的顶层为第二复合层12。当气体传感器对有机气体进行检测时，由于第一复合层11的模量小于第二复合层12的模量，第一复合层11不会对有机气体发生溶胀，而第二复合层12对有机气体发生溶胀，第一复合层11会对第二复合层12产生压缩力，即第二复合层12受到第一复合层11的应力，当该压缩力大于第二复合层12形成褶皱的临界应力时，第二复合层12产生形变而形成微米级褶皱。这里，也可以是第一复合层11位于基底1的顶层，第二复合层12位于基底1的底层。由于微米级褶皱对可见光有很强的折射和漫反射作用，当第二复合层12产生形变而形成微米级褶皱时，整个气体传感器的透光率会发生变化，具体地，形成微米级褶皱的第二复合层12的透光度和反光度低于平滑的第二复合层的透光度和反光度，整个气体传感器的透光率将会下降。其中，有机气体的浓度越大，第二复合层12产生的形变越大，形成的微米级褶皱的特征波长和振幅越大，整个气体传感器的透光率越低。因此，根据透光率的变化便可以获得有机气体的浓度。这里，对有机气体进行检测包括检测有机气体的浓度或成分，本实施例以检测有机气体的浓度为例来对气体传感器的检测原理进行说明，检测有机气体的成分与检测有机气体的浓度类似，这里不再赘述。参照图3，在时间t1之前，气体传感器的透光率较高，此时字母“A”的图像能够清晰呈现。在时间t1之后，气体传感器被置于有机气体中，即对有机气体的浓度进行检测，气体传感器的透光率慢慢降低并维持一固定值，此时，字母“A”的图像变得模糊，从而根据透光率的变化可以得到有机气体的浓度。在检测完成后，对气体传感器进行干燥，第二复合层12开始去溶胀缩水，其产生形变而形成的微米级褶皱消失，使得第二复合层12恢复成平滑表面，从而使得气体传感器具有动态可逆的特性。因此，本实施例中的气体传感器在对有机气体进行检测时能够形成微米级褶皱，通过微米级褶皱来改变气体传感器的透光率，从而可以根据气体传感器的透光率的变化来获取有机气体的浓度，实现对有机气体的动态响应，且检测完成后，微米级褶皱可以消失，使得第二复合层12恢复成平滑表面，实现动态可逆。为了将本实施例中的气体传感器应用于可穿戴设备中，第一复合层11的材质为柔性材料。由于第一复合层11的材质选为柔性材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于溶胀动态响应的气体传感器，其特征在于，包括基底、设置于所述基底上的导电层及设置于所述导电层上的电极；所述基底包括彼此结合的第一复合层和第二复合层，所述第二复合层的模量大于所述第一复合层的模量；所述第二复合层对有机气体发生溶胀时受到所述第一复合层的应力大于所述第二复合层形成褶皱的临界应力，以使得所述第二复合层产生形变而形成褶皱。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于溶胀动态响应的气体传感器，其特征在于，包括基底、设置于所述基底上的导电层及设置于所述导电层上的电极；所述基底包括彼此结合的第一复合层和第二复合层，所述第二复合层的模量大于所述第一复合层的模量；所述第二复合层对有机气体发生溶胀时受到所述第一复合层的应力大于所述第二复合层形成褶皱的临界应力，以使得所述第二复合层产生形变而形成褶皱。


2.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，所述第一复合层的材质为柔性材料，优选为高分子材料。


3.根据权利要求2所述的气体传感器，其特征在于，所述第一复合层的材质为二甲基硅氧烷，所述第二复合层的材质为硅氧化物。


4.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，所述第二复合层的材质为聚乙烯醇。


5.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，所述褶皱的特征波长为1～500μm，和/或，所述第二复合层的厚度为10nm～100μm，优选为10nm～10μm，尤其优选为0.5μm。


6.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，所述导电层设置在所述第二复合层上，所述导电层包括彼此搭接的若干导电纳米线。

【专利技术属性】
技术研发人员：张珽，曲春燕，王书琪，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32