本发明专利技术涉及一种水溶性聚苯胺/MXene复合柔性氨气传感器及其制备方法，属于纳米功能材料制备领域。一种水溶性聚苯胺/MXene复合柔性氨气传感器，所述氨气传感器由高分子柔性衬底和沉积在衬底上的PANI:PSS/MXene复合薄膜组成，所述聚苯胺/MXene复合柔性氨气传感器按下述方法制得：将苯胺、PSS、MXene纳米片依次加入到盐酸中得混合液；将过硫酸铵溶液逐滴加入到上述混合液，并迅速加入高分子柔性衬底，室温下反应，既得。该柔性NH3传感器高分子衬底无需电极，成本低廉，加工容易，有利于工业化批量生产。利用本发明专利技术制备的柔性传感器在室温下对1ppm的NH3的灵敏度可达0.56，稳定性好，选择性高。高。
【技术实现步骤摘要】
一种水溶性聚苯胺/MXene复合柔性氨气传感器及其制备方法
[0001]本专利技术涉及一种水溶性聚苯胺/MXene复合柔性氨气传感器及其制备方法，属于纳米功能材料制备领域。
技术介绍
[0002]随着现代社会的迅速发展，气体传感器在工业生产、环境监测、疾病诊断以及军事反恐等方面起着越来越重要的作用。氨气(NH3)作为一种典型的无色有毒污染气体，存在人类生活的诸多方面，低浓度NH3即可造成人体眼睛和呼吸道等的损伤，高浓度NH3可让人昏厥甚至导致死亡。NH3也是一种人体代谢产物，可作为一种标志物监测人体如肝脏、十二指肠、空腔等多种器官的健康情况。此外，NH3还可以作为标志物检测食品的新鲜程度和监测特定火灾现场的气氛。因此，开发高性能的NH3传感器对人类健康和生态环境具有十分重要的意义。
[0003]传统的NH3传感器一般是以金属氧化物为气敏材料，这类传感器存在着工作温度高、安全性差以及能耗大的缺点，也不适用目前日益需求的可穿戴电子设备。聚苯胺(PANI)作为一种导电高分子，具有成本低、合成简单以及可室温工作等优点，被认为是一种极具潜力的室温NH3敏感材料。但是，基于单一PANI材料的NH3传感器通常存在着灵敏度低，稳定性差等缺点；同时，PANI的加工性能差也进一步限制了这类传感器的实际应用。因而，制备可加工的水溶性PANI复合敏感材料，结合不同材料的优点以获得高性能的室温柔性NH3传感器具有重要的研究价值。
[0004]利用PANI与二维纳米材料的进行复合，是提高单一PANI材料NH3敏感性能的有效方法之一。MXene作为一种新型的二维纳米材料，其具有优异的电导性、丰富的表面官能团以及比表面积大等特点，在气体传感器领域引起了人们的广泛地关注。
技术实现思路
[0005]本专利技术以高分子聚电解质聚苯乙烯磺酸钠(PSS)为模板诱导合成水溶性PANI纳米粒子(PANI:PSS)，将其与MXene纳米片复合制备了新型NH3敏感材料PANI:PSS/MXene；通过原位沉积PANI:PSS/MXene到廉价的高分子柔性衬底，制备了基于该复合材料的具有灵敏度高、稳定性好以及高选择性的室温柔性NH3传感器。
[0006]本专利技术的目的在于提供一种水溶性聚苯胺/MXene复合柔性氨气传感器及其制备方法。
[0007]一种水溶性聚苯胺/MXene复合柔性氨气传感器，所述氨气传感器由高分子柔性衬底和沉积在衬底上的PANI:PSS/MXene复合薄膜组成，其中，
[0008]所述聚苯胺/MXene复合柔性氨气传感器按下述方法制得：将30～150μL苯胺、PSS、MXene纳米片依次加入到80ml的0.5M盐酸中，其中，PSS与苯胺质量比为1:1～1:9，MXene纳米片的质量为苯胺的2.0～40wt％，室温下900～2000rpm搅拌1h，得混合液；将过硫酸铵溶液逐滴加入到上述混合液，并迅速加入高分子柔性衬底，室温下反应8～24h；取出沉积有
PANI:PSS/MXene复合薄膜的柔性衬底，去离子水洗涤后室温晾干，既得，其中，所述硫酸铵溶液由200～600mg溶于5ml的0.5M盐酸制得。
[0009]优选地，所述MXene纳米片按下述方法制得：将8g LiF加入到100ml的6～9M盐酸中搅拌溶解；充分溶解后，将Ti3AlC2、Ti2AlC、Ti4AlN3、Ti2AlN、Nb4AlC3、Nb2AlC、V2AlC、Ta2AlC、Mo2TiAlC2、Mo2Ti2AlC3、MoYAlC中的一种MAX粉末缓慢加入，20～60℃下搅拌反应24～168h，MAX粉末与LiF的质量比1:1～1:3；反应结束后，经离心、用去离子水洗涤反复操作5～10次，离心产物用去离子水分散，分散液超声处理1～6h后，冷冻干燥，获得MXene纳米片。
[0010]优选地，所述高分子柔性衬底为PET、PI或PDMS衬底。
[0011]进一步地，所述衬底需进行预处理，具体步骤为：将柔性PET、PI或PDMS衬底剪裁成宽度为5～15mm，长度为5～20mm，分别用去离子水、丙酮、乙醇超声洗涤，超声频率为25～80KHZ，干燥后用氧等离子体处理衬底5～30min。
[0012]本专利技术的另一目的是提供上述水溶性聚苯胺/MXene复合柔性氨气传感器的制备方法。
[0013]一种水溶性聚苯胺/MXene复合柔性氨气传感器的制备方法，包括下述工艺步骤：
[0014](1)将柔性PET、PI或PDMS衬底剪裁成宽度为5～15mm，长度为5～20mm，分别用去离子水、丙酮、乙醇超声洗涤，超声频率为25～80KHZ，干燥后用氧等离子体处理衬底5～30min，留待使用；
[0015](2)将8g LiF加入到100ml的6～9M盐酸中搅拌溶解；充分溶解后，将Ti3AlC2、Ti2AlC、Ti4AlN3、Ti2AlN、Nb4AlC3、Nb2AlC、V2AlC、Ta2AlC、Mo2TiAlC2、Mo2Ti2AlC3、MoYAlC中的一种MAX粉末缓慢加入，20～60℃下搅拌反应24～168h，MAX粉末与LiF的质量比1:1～1:3；反应结束后，经离心、用去离子水洗涤反复操作5～10次，离心产物用去离子水分散，分散液超声处理1～6h后，冷冻干燥，获得MXene纳米片；
[0016](3)将30～150μL苯胺、PSS、MXene纳米片依次加入到80ml的0.5M盐酸中，其中，PSS与苯胺质量比为1:1～1:9，MXene纳米片的质量为苯胺的2.0～40wt％，室温下900～2000rpm搅拌1h，得混合液；将过硫酸铵溶液逐滴加入到上述混合液，并迅速加入高分子柔性衬底，室温下反应8～24h；取出沉积有PANI:PSS/MXene复合薄膜的柔性衬底，去离子水洗涤后室温晾干，既得，其中，所述硫酸铵溶液由200～600mg溶于5ml的0.5M盐酸制得。
[0017]本专利技术的有益效果为：以高分子聚电解质PSS为模板诱导合成水溶性PANI具有纳米微球结构，该纳米微球PANI均为分布在MXene纳米片表面，纳米微球结构的引入有效地增大了复合材料与NH3的接触面积以及气体的扩散渗透，提高PANI:PSS/MXene复合材料的MH3敏感性能；MXene纳米片的引入有效地改善水溶性PANI电导性，其表面丰富的表面官能团增加了PANI:PSS/MXene复合材料的NH3吸附活性位点，有助于提高传感器的灵敏度；PSS不仅作为PANI的模板剂，还可以作为PANI的掺杂剂，提升了传感器的稳定性。该柔性NH3传感器高分子衬底无需电极，成本低廉，加工容易，有利于工业化批量生产。利用本专利技术制备的柔性传感器在室温下对1ppm的NH3的灵敏度可达0.56，且稳定性好，选择性高。
附图说明
[0018]图1是本专利技术实施例3制备Ti3C
2 MXene纳米片的SEM图。
[0019]图2是本专利技术实施例3中PANI:PSS/MXene复合材料的SEM图。
[0020]图3本专利技术实施例1～5与对比例1所制备的柔本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种水溶性聚苯胺/MXene复合柔性氨气传感器，其特征在于：所述氨气传感器由高分子柔性衬底和沉积在衬底上的PANI:PSS/MXene复合薄膜组成，其中，所述聚苯胺/MXene复合柔性氨气传感器按下述方法制得：将30～150μL苯胺、PSS、MXene纳米片依次加入到80ml的0.5M盐酸中，其中，PSS与苯胺质量比为1:1～1:9，MXene纳米片的质量为苯胺的2.0～40wt％，室温下900～2000rpm搅拌1h，得混合液；将过硫酸铵溶液逐滴加入到上述混合液，并迅速加入高分子柔性衬底，室温下反应8～24h；取出沉积有PANI:PSS/MXene复合薄膜的柔性衬底，去离子水洗涤后室温晾干，既得，其中，所述硫酸铵溶液由200～600mg溶于5ml的0.5M盐酸制得。2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于：所述MXene纳米片按下述方法制得：将8g LiF加入到100ml的6～9M盐酸中搅拌溶解；充分溶解后，将Ti3AlC2、Ti2AlC、Ti4AlN3、Ti2AlN、Nb4AlC3、Nb2AlC、V2AlC、Ta2AlC、Mo2TiAlC2、Mo2Ti2AlC3、MoYAlC中的一种MAX粉末缓慢加入，20～60℃下搅拌反应24～168h，MAX粉末与LiF的质量比1:1～1:3；反应结束后，经离心、用去离子水洗涤反复操作5～10次，离心产物用去离子水分散，分散液超声处理1～6h后，冷冻干燥，获得MXene纳米片。3.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于：所述高分子柔性衬底为PET、PI或PDMS衬底。4.根据权利要求3所述的传感器，其特征在于：将柔性PET、PI或PDMS衬底剪裁...
【专利技术属性】
技术研发人员：李长平，文翔宇，蔡阳，李琢，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：
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