一种湿润环境下自适应补偿的Au@ZnOTVOCs传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种湿润环境下自适应补偿的Au@ZnO TVOCs传感器，包括用于封装的壳体，以及依次设置在所述壳体内的Au@ZnO气敏传感器、一层或多层湿致变色片及LED光源，所述湿致变色片放置在所述LED光源和Au@ZnO气敏传感器中间，所述湿致变色片根据环境湿度状况，自适应改变透光状态，调节LED光源投射到Au@ZnO气敏传感器上的光强。本发明专利技术通过湿致变色片调节光强，实现光强随湿度的改变而变化，有效实现光强随湿度的自调节，解决湿度对Au@ZnO气体传感器的负面影响。器的负面影响。器的负面影响。

【技术实现步骤摘要】
一种湿润环境下自适应补偿的Au@ZnO TVOCs传感器


[0001]本专利技术涉及气体传感器敏感材料
，具体涉及一种湿润环境下自适应补偿的Au@ZnO TVOCs传感器。

技术介绍

[0002]金颗粒修饰氧化锌(Au@ZnO)具有优异的光电特性和气敏特性，被广泛的用作气体传感器的敏感材料。室内环境检测中总有机挥发物(TVOCs)的含量是个重要指标，直接反映实内有害气体成分的总含量。此外，检测人体呼出气中的TVOCs含量，可实现疾病的早期预警。但是室内环境和人体的呼出气中含有大量的水分子，这些水分子会占据Au@ZnO表面的活性位点抑制有机挥发物(VOCs)在Au@ZnO材料表面的反应，降低Au@ZnO气体传感器的响应值和灵敏度。因此亟待解决湿度对Au@ZnO气体传感器的负面影响。
[0003]现有消除湿度对气体传感器影响的解决办法主要有以下几种：1)在敏感材料表面包裹一层疏水材料，换接水分子对材料表面活性位点的占据，但该方法的缺点在于包裹疏水材料后，敏感材料表面部分活性位点被覆盖，减少了单位时间内可参与反应的有机挥发物分子数量；2)使用一层滤水膜，在气体进入反应室与敏感材料接触之前，先经过滤水膜将气体中的水分子过滤掉。但目前市面滤水膜的过滤效率并不能达到100％，依然会由相当量一部分水分子与传感材料接触，导致气体传感器的响应值下降；3)利用光照补偿减小湿度的影响，当可见光照射Au@ZnO时，会激发出更多的空穴和电子，这些空穴和电子可被认为是新的活性位点，因此光照可增加Au@ZnO表面的活性位点数量，此时虽然水分子会因为占据活性位点，但光照会补偿减少的活性位点数量，因此光照可减小湿度对Au@ZnO气体传感器响应信号的影响。如果能够根据湿度的变化调节光照强度，则可实现Au@ZnO气体传感器的响应信号不受外界湿度的影响，即湿度自适应，而如何实现光强随湿度的自调节是构建适度自适应传感器的核心。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了解决上述问题而提供一种湿润环境下自适应补偿的Au@ZnO TVOCs传感器，本专利技术通过湿致变色片调节光强，实现光强随湿度的改变而变化。
[0005]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0006]一种湿润环境下自适应补偿的Au@ZnO TVOCs传感器，包括用于封装的壳体，以及依次设置在所述壳体内的Au@ZnO气敏传感器、一层或多层湿致变色片及LED光源，所述湿致变色片放置在所述LED光源和Au@ZnO气敏传感器中间，所述湿致变色片根据环境湿度状况，自适应改变透光状态，调节LED光源投射到Au@ZnO气敏传感器上的光强。
[0007]干燥环境中Au@ZnO气敏传感器不需要光照来抵消湿度影响，此时湿致变色片呈不透光状态，阻挡了LED光源投射到Au@ZnO传感器上的光。
[0008]中高湿度环境中，湿度会降低Au@ZnO气敏传感器响应信号，此时湿致变色片透光率随湿度改变，间接调节LED光源投射到Au@ZnO气敏传感器上的光强，湿度带来的负面影响
被抵消。此时从干燥到高湿环境下，Au@ZnO气敏传感器对TVOCs的响应信号维持不变，即实现了传感器响应行为的适度自适应。
[0009]优选地，所述壳体包括上层透气外壳以及底部的底层透气支撑板；
[0010]所述Au@ZnO气敏传感器、一层或多层湿致变色片及LED光源通过两侧的内层支撑卡槽安装在所述壳体内。
[0011]优选地，所述LED光源与所述湿致变色片具有相同的形状，所述LED光源下部安装在透气封装底板上。
[0012]优选地，所述的透气外壳、底层透气支撑板、透气封装底板、内层支撑卡槽均为亚克力板材质。
[0013]优选地，所述LED光源波长为450nm。
[0014]优选地，所述湿致变色片为碘化镍型湿致变色片，随着湿度的变化改变透射光强，在干燥环境中呈不透明的状态，在潮湿环境中呈完全透明的状态，在湿度0％
‑
53.2％的范围内由不透明向透明逐渐过渡。
[0015]优选地，所述Au@ZnO气敏传感器上设有光电探测器。
[0016]所述湿致变色片通过以下步骤制备得到：
[0017](1)将碘化镍和四甲基碘化铵混合，并溶解于N,N
‑
二甲基甲酰胺中，配置成溶液；
[0018](2)将溶液加热，转速搅拌；
[0019](3)取清洗干净的高透光性的玻璃片，用旋涂仪将步骤(2)得到的溶液均匀悬涂在玻璃片的表面；
[0020](4)将悬涂好的玻璃片干燥，即得湿致变色片。
[0021]优选地，步骤(1)所述的碘化镍和四甲基碘化铵摩尔比为1：2，碘化镍和四甲基碘化铵混合溶解于N,N
‑
二甲基甲酰胺中配置成1.2mol/L的溶液；
[0022]优选地，步骤(2)将溶液加热60℃，转速2000r/min搅拌24小时；
[0023]优选地，步骤(3)溶液悬涂在玻璃片表面，转速600r/min，时间40秒；
[0024]优选地，步骤(4)将悬涂好的玻璃片放于真空干燥箱中60℃加热2h。
[0025]通过以上方法即可制的用于光照增强的Au@ZnO气敏传感器，Au@ZnO气敏传感器主要是由氧化锌纳米棒、金颗粒构成，其中，金颗粒组装在氧化锌纳米棒上实现氧化锌吸收可见光的关键。
[0026]所述Au@ZnO气敏传感器的制备方法包括以下步骤：
[0027](1)将乙醇胺滴入乙酸锌中，并加入甲醚，加热搅拌，得到混合溶液；
[0028](2)将混合溶液用匀胶机均匀悬涂在经氧plasma仪处理后的高透玻璃片表面，将旋涂好的材料进行高温退火；
[0029](3)重复步骤(2)3～5次，配置六次甲基四胺水溶液、六水合硝酸锌水溶液，将六次甲基四胺水溶液滴入到六水合硝酸锌水溶液中，再将步骤(2)得到的玻璃片放入加热的溶液中；
[0030](4)配置氯金酸水溶液，将步骤(3)得到的玻璃片长有氧化锌的一面向上放入配置的氯金酸水溶液中，然后光照，使金离子变为金颗粒，然后用去离子水冲洗，取出后依次清洗、烘干，即得到Au@ZnO气敏传感器。
[0031]优选地，步骤(1)乙醇胺与乙酸锌的摩尔比为1：1，将乙醇胺、乙酸锌、甲醚在60℃
的水浴中加热搅拌1小时；
[0032]优选地，步骤(2)匀胶机转速：低速：800r/min，5s；高速：2000r/min，30s；将旋涂好的材料进行高温退火，0℃到300℃保持10分钟然后自然降温；
[0033]优选地，步骤(3)中将玻璃片放入溶液中，放置于干燥箱中加热97℃，10小时；
[0034]优选地，步骤(4)将玻璃片长有氧化锌的一面向上放入配置的氯金酸水溶液中，用300W功率的氙气灯照射4小时，取出后依次用酒精、去离子水各清洗3次，60℃烘干。
[0035]与现有技术相比，本专利技术具有以下技术效果：
[0036]本专利技术通过在在LED光源和Au@ZnO本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种湿润环境下自适应补偿的Au@ZnO TVOCs传感器，其特征在于，包括用于封装的壳体，以及依次设置在所述壳体内的Au@ZnO气敏传感器、一层或多层湿致变色片及LED光源，所述湿致变色片放置在所述LED光源和Au@ZnO气敏传感器中间，所述湿致变色片根据环境湿度状况，自适应改变透光状态，调节LED光源投射到Au@ZnO气敏传感器上的光强。2.根据权利要求1所述的一种湿润环境下自适应补偿的Au@ZnO TVOCs传感器，其特征在于，所述壳体包括上层透气外壳以及底部的底层透气支撑板；所述Au@ZnO气敏传感器、一层或多层湿致变色片及LED光源通过两侧的内层支撑卡槽安装在所述壳体内。3.根据权利要求2所述的一种湿润环境下自适应补偿的Au@ZnO TVOCs传感器，其特征在于，所述LED光源与所述湿致变色片具有相同的形状，所述LED光源下部安装在透气封装底板上。4.根据权利要求3所述的一种湿润环境下自适应补偿的Au@ZnO TVOCs传感器，其特征在于，所述的透气外壳、底层透气支撑板、透气封装底板、内层支撑卡槽均为亚克力板材质。5.根据权利要求1所述的一种湿润环境下自适应补偿的Au@ZnO TVOCs传感器，其特征在于，所述LED光源波长为450nm。6.根据权利要求1所述的一种湿润环境下自适应补偿的Au@ZnO TVOCs传感器，其特征在于，所述湿致变色片为碘化镍型湿致变色片。7.根据权利要求6所述的一种湿润环境下自适应补偿的Au@ZnO TVOCs传感器，其特征在于，所述湿致变色片通过以下步骤制备得到：(1)将碘化镍和四甲基碘化铵混合，并溶解于N,N
‑
二甲基甲酰胺中，配置成溶液；(2)将溶液加热，转速搅拌；(3)取清洗干净的高透光性的玻璃片，用旋涂仪将步骤(2)得到的溶液均匀悬涂在玻璃片的表面；(4)将悬涂好的玻璃片干燥，即得湿致变色片。8.根据权利要求7所述的一种湿润环境下自适应补偿的Au@...

【专利技术属性】
技术研发人员：金涵，周源，崔大祥，薛翠丽，张禹娜，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：