本发明专利技术公开了一种碳纳米管掺杂的聚苯胺传感器、制备方法及检测氨气的方法，所述传感器包括基底和位于基底表面的气敏材料；所述气敏材料为含有碳纳米管掺杂的聚苯胺、溶剂的分散液。该传感器的传感原理是利用聚苯胺与氨气之间的电子传递引起的电阻变化与氨气的浓度在一定范围内成正比例关系。聚苯胺具有丰富的活性位点，优秀的得失质子的能力。本发明专利技术基于碳纳米管掺杂的聚苯胺的氨气传感器具有稳定性强、选择性好、灵敏度高，重复性好的优点，能够明显降低传感器在使用过程中的消耗，对于本技术领域具有重要的实践和研究价值。技术领域具有重要的实践和研究价值。
【技术实现步骤摘要】
一种碳纳米管掺杂的聚苯胺传感器、制备方法及检测氨气的方法
[0001]本专利技术涉及一种碳纳米管掺杂的聚苯胺传感器、制备方法及检测氨气的方法，属于纳米材料的定量分析方法领域。
技术介绍
[0002]伴随着人类社会生活的不断进步，环境污染问题也愈发突出，对气体传感器的需求也更加急迫，尤其是推动了针对有害气体传感器的研究。氨气是一种对人体有害、有刺激性气味的常见气体污染物，常见于化工业中使用的原料、溶剂以及催化剂。目前检测氨气的气敏传感器已被广泛运用于生产生活。普遍使用的金属氧化物材料(如氧化钴、氧化铜、氧化锡等)，但是检测温度较高，无法在日常生活中使用。如何提高氨气检测器的灵敏度，降低检测温度是氨气气体传感器研究的关键。
技术实现思路
[0003]本专利技术阐述了一种碳纳米管掺杂的聚苯胺作为传感器检测氨气的方法，包括所使用的传感器的制备，氨气的传感测试，数据的采集与整理。室温下，氨气会吸附到聚苯胺表面，氨气是还原性气体，会给出电子，而聚苯胺是p型半导体，得到电子后会导致正电空穴的减少，从而导致电阻增大。碳纳米管提供了充足的π电子，提高了材料整体的导电性，降低其电阻，从而在室温下发挥了传感性能。
[0004]根据本申请的一个方面，提供了一种氨气传感器，所述氨气传感器包括基底和位于基底表面的气敏材料；
[0005]所述气敏材料为含有碳纳米管掺杂的聚苯胺、溶剂的分散液；
[0006]所述碳纳米管掺杂的聚苯胺在分散液中的质量百分比为1％～20％；
[0007]所述碳纳米管掺杂的聚苯胺中，碳纳米管的掺杂量为质量分数0.1％～20％。
[0008]所述溶剂选自乙醇、甲醇、丙醇、乙腈中的至少一种；
[0009]所述基底为刚性材料或柔性材料；
[0010]所述刚性材料选自陶瓷管；
[0011]所述柔性材料选自氧化铟锡膜、金叉指电极、碳叉指电极中的一种。
[0012]根据本申请的另一个方面，提供一种所述传感器的制备方法，所述方法包括：
[0013]将含有碳纳米管掺杂的聚苯胺、溶剂的分散液滴涂与基底表面，干燥，获得所述的传感器；
[0014]所述分散液由碳纳米管掺杂的聚苯胺分散在溶剂中超声获得；
[0015]所述分散液的浓度为0.02～50mg/mL，其中所述分散液的浓度以材料质量/溶剂体积计算；
[0016]优选地，所述分散液的浓度为0.1～50mg/mL；
[0017]所述超声时间为2～150min。
[0018]优选地，所述超声时间上限可独立选自110min、120min、130min、140min、150min；
[0019]所述超声时间下限可独立选自2min、5min、15min、25min、35min；
[0020]所述分散液可由移液枪移取，移取体积为2～500μL；
[0021]可选地，所述碳纳米管掺杂的聚苯胺是通过以下制备方法获得：
[0022]在酸性条件下，苯胺单体、碳纳米管与氧化剂混合发生原位聚合反应；所述酸性条件为0.01～100g/L浓度的盐酸；
[0023]优选地，所述盐酸浓度上限可独立选自60g/L、70g/L、80g/L、90g/L、100g/L；
[0024]所述盐酸浓度下限可独立选自0.01g/L、0.1g/L、0.5g/L、1g/L、2g/L；
[0025]所述氧化剂选自过硫酸铵、过硫酸钠、氯化铁中的至少一种，所述氧化剂的浓度为0.1g/L～20g/L；
[0026]所述反应在常压下发生，反应温度为
‑
10～30℃。
[0027]根据本申请的再一个方面，提供一种检测氨气的方法，所述方法包括将传感器置于氨气气氛中，检测氨气的浓度，其中所述传感器上述传感器、上述制备方法制备得到的传感器中的至少一种。
[0028]可选地，所述方法具体包括以下步骤：
[0029](1)将所述传感器置于已知浓度的氨气气氛中，检测电阻值与时间的变化规律，以电阻信号的变化值做为标准值，绘制标准工作曲线；
[0030](2)在与步骤(1)相同压力、温度条件下，将所述传感器置于待测氨气气氛中，利用步骤(1)获得的标准工作曲线，通过电阻变化值，得到待测氨气气氛中的氨气浓度；
[0031]可选地，步骤(1)中，所述绘制标准工作曲线包括以下步骤：
[0032](a)将所述的传感器置于密闭腔体内，所述的传感器与腔体外部的电阻检测仪、直流电源连接；向密闭腔体内注入氨水，加热密闭腔体，获得已知浓度的氨气气氛后，记录经过响应时间t1后的所述传感器的电阻值R
g
；
[0033](b)打开腔体，所述传感器与空气接触，恢复电阻初始值R
a
，记录所需恢复时间t2；
[0034](c)以时间为横坐标，以电阻变化值(R
g
‑
R
a
)与电阻初始值R
a
的比值(R
g
‑
R
a
/R
a
)为纵坐标作图，得到标准工作曲线。
[0035]可选地，所述腔体密闭腔体的体积为2～50L。
[0036]所述响应时间为0.5～3min；
[0037]所述恢复时间为2～10min；
[0038]可选地，步骤(2)中，
[0039]所述氨气气氛中氨气的浓度为0.5～1000ppm。
[0040]本申请能产生的有益效果包括：
[0041]1)本专利技术所制备的聚苯胺经过碳纳米管掺杂改性，使传感器在室温下具有灵敏度高、响应快速等优点，解决了半导体气体传感器常见的问题。
[0042]2)与传统的半导体气体传感器相比，本专利技术的氨气传感器可以通过简单的方式(滴涂)将传感膜固定在陶瓷管上，方法简便，加工性好，解决了传统气体传感器需要高温烧结，加工复杂的问题。
附图说明
[0043]图1为本专利技术实施例1传感器在室温下对氨气响应的线性模拟图。
具体实施方式
[0044]下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。
[0045]如无特别说明，本申请的实施例中的原料均通过商业途径购买。
[0046]实施例1
[0047]碳纳米管掺杂的聚苯胺的制备流程如下：取0.5g碳纳米管加入100mL1g/L的稀盐酸中，超声30min。之后向上述溶液中滴加5mL苯胺，0℃下搅拌1h。之后，滴加10mL 10g/L的过硫酸铵的水溶液，继续反应4h。反应结束后，清水洗涤产物三次后，60℃下干燥12h。
[0048]实施例2
[0049]传感器对氨气的浓度测试：称取5mg实施例1制备的碳纳米管掺杂的聚苯胺固体样品于5mL离心管中，加入0.5mL无水乙醇，超声5min。用移液枪取20μL的分散液，均匀滴涂在陶瓷管上，用热风机吹干。将制备好的传感器连接万用表后固定于50L密闭腔体中。每次用微本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种氨气传感器，其特征在于，包括基底和位于基底表面的气敏材料；所述气敏材料为含有碳纳米管掺杂的聚苯胺、溶剂的分散液；所述碳纳米管掺杂的聚苯胺在分散液中的质量百分比为1％～20％；所述碳纳米管掺杂的聚苯胺中，碳纳米管的掺杂量为质量分数0.1％～20％。2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述溶剂选自乙醇、甲醇、丙醇、乙腈中的至少一种；所述基底为刚性材料或柔性材料；所述刚性材料选自陶瓷管；所述柔性材料选自氧化铟锡膜、金叉指电极、碳叉指电极中的一种。3.一种权利要求1或2所述的传感器的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将含有碳纳米管掺杂的聚苯胺、溶剂的分散液滴涂于基底表面，干燥，获得所述的传感器。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述分散液由碳纳米管掺杂的聚苯胺分散在溶剂中超声获得；所述分散液的浓度为0.02～50mg/mL，其中所述分散液的浓度以材料质量/溶剂体积计算；所述超声时间为为2～150min。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管掺杂的聚苯胺是通过以下制备方法获得：在酸性条件下，苯胺单体、碳纳米管与氧化剂混合发生原位聚合反应；所述酸性条件为0.01～100g/L浓度的盐酸；所述氧化剂选自过硫酸铵、过硫酸钠、氯化铁中的至少一种，所述氧化剂的浓度为0.1g/L～20g/L；所述反应在常压下发生，反应温度为
‑
10～30℃。6.一种检测氨气的方法，其特征在于，将传感器置于氨气气氛中，检测氨气的浓度，其中所述传感器选自权利要求1～2任一项所述的传感器、权利要求3～5任一项...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯亮，王振名，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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