一种乙酸气体敏感薄膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种乙酸气体敏感薄膜及其制备方法和应用。所述薄膜包括导电聚合物膜层和沉积在导电聚合物层表面的金属氧化物膜层；所述导电聚合物层的原料包括聚4,4',4

【技术实现步骤摘要】
一种乙酸气体敏感薄膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于高分子材料技术，尤其涉及一种乙酸气体敏感薄膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]气敏电阻式传感器是利用气体在半导体表面的氧化还原反应导致敏感元件电阻值发生变化而制成的，是一种将检测到的气体成分和浓度转化为电阻信号的传感器，根据其信号的强弱则可以获得气体在环境中存在的信息，从而实现监控或报警功能。目前电阻式的气敏传感器在商用气敏传感器领域占据着主导地位。气敏电阻式传感器同时也有其不足的地方，即需要附着在加热元件上才能进行工作。醋酸，又称乙酸，是常见的有害空气污染物之一。当空气中乙酸浓度超过80ppb时，人们就有发生胃食管反流的风险。当空气中的醋酸浓度超过100ppm时，会导致博物馆内的钱币、雕塑、漆器等文物缓慢变质。因此，检测低浓度乙酸蒸气具有现实意义。而已报道的文献中绝大多数检测乙酸蒸汽的器件使用温度较高，即使能在室温环境下实现乙酸检测的器件，其制备方法也较为繁杂，不符合减碳节能的现实使用要求，因此，开发出室温下检测乙酸蒸汽具有一定的意义。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术第一个方面提出一种乙酸气体敏感薄膜，能够实现室温环境下对乙酸气体产生高选择性电阻变化相应。
[0004]本专利技术的第二个方面提出了一种乙酸气体敏感薄膜的制备方法。
[0005]本专利技术的第三个方面提出了一种乙酸气体检测传感器。
[0006]本专利技术的第四个方面提出了一种乙酸气体敏感薄膜在乙酸气体检测中的应用。
[0007]根据本专利技术的第一个方面，提出了一种乙酸气体敏感薄膜，所述薄膜包括导电聚合物膜层和沉积在导电聚合物膜层表面的金属氧化物膜层；所述导电聚合物膜层中含有聚4,4',4
”‑
三(咔唑
‑9‑
基)三苯胺。
[0008]在本专利技术的一些实施方式中，所述导电聚合物膜层的厚度为200nm～1000nm。
[0009]在本专利技术的一些实施方式中，所述金属氧化物膜层的厚度为500nm～1500nm。
[0010]在本专利技术的一些实施方式中，所述金属氧化物膜层的中包含ZnO、CuO中的一种。
[0011]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述金属氧化物膜层中含有六方纤锌矿晶型的ZnO。
[0012]根据本专利技术的第二个方面，提出了一种第一方面所述的乙酸气体敏感薄膜的制备方法，包括如下步骤：
[0013]S1：将电解液和4,4',4
”‑
三(咔唑
‑9‑
基)三苯胺混合，得到电聚合电解液；
[0014]S2：将ITO(氧化铟锡)为工作电极，与对电极、参比电极构成的三电极体系置于S1所述电聚合电解液中，恒电位电聚合，得到表面沉积导电聚合物膜层的ITO；
[0015]S3：将S2所述表面沉积导电聚合物膜层的ITO作为工作电极，与对电极、参比电极构成的三电极体系置于含金属盐的水溶液中，在所述导电聚合物膜层表面恒电位沉积金属氧化物膜层，得到所述乙酸气体敏感薄膜。
[0016]在本专利技术中，通过电化学方式进行电聚合导电单体4,4',4
”‑
三(咔唑
‑9‑
基)三苯胺，得到共轭微孔的导电聚合物膜层，再将其与金属氧化物膜层复合，从而得到乙酸气体敏感膜；其中，导电聚合物降低了室温下金属氧化物的初始电阻的同时，在其与金属氧化物膜层两者形成的异质结作用下可实现两者未复合无法实现的对乙酸气体的电阻变化响应。
[0017]在本专利技术的一些实施方式中，S1所述电解液包括助电解质、二氯甲烷、四氢呋喃和乙腈。
[0018]在本专利技术的一些实施方式中，S1所述电解液中助电解质的浓度为0.01mol/L～0.5mol/L。
[0019]在本专利技术的一些实施方式中，上述助电解质选自四丁基六氟磷酸铵、高氯酸锂、四氟硼酸锂、氟硼酸铵中的至少一种。
[0020]在本专利技术的一些实施方式中，上述二氯甲烷、四氢呋喃和乙腈的体积比为(1～8)：1：(1～8)。
[0021]在本专利技术的一些实施方式中，S1中所述电聚合电解液中4,4',4
”‑
三(咔唑
‑9‑
基)三苯胺的浓度为0.2mg/mL～2mg/mL。
[0022]在本专利技术的一些实施方式中，S2中所述对电极选自铂电极、银电极、石墨电极、钛电极中的一种。
[0023]在本专利技术的一些实施方式中，S2中所述参比电极为Ag/Ag电极。
[0024]在本专利技术的一些实施方式中，S2中所述恒电位为
‑
1.1V～
‑
1.4V。
[0025]在本专利技术的一些实施方式中，S2中所述恒电位电聚合的时间为5min～15min。
[0026]在本专利技术的一些优选的实施方式中，S2中所述恒电位电聚合的时间为500s～700s。
[0027]在本专利技术的一些优选的实施方式中，S2中所述恒电位电聚合后还包括：依次用四氢呋喃清洗5min～10min、去离子水清洗5min～10min，干燥；所述干燥的温度为50℃～65℃，时间为20h～25h。
[0028]在本专利技术的一些优选的实施方式中，S3中所述参比电极为饱和KCl电极。
[0029]在本专利技术的一些优选的实施方式中，S3中所述含金属盐的水溶液的浓度为0.01mol/L～0.15mol/L。
[0030]在本专利技术的一些优选的实施方式中，S3中所述金属盐选自Zn(NO3)2、ZnSO4、CuSO4中的至少一种。
[0031]在本专利技术的一些优选的实施方式中，S3中所述恒电位为1.6V～2V。
[0032]在本专利技术的一些优选的实施方式中，S3中所述恒电位沉积的时间为10min～15min。
[0033]在本专利技术的一些优选的实施方式中，S3中所述恒电位沉积的时间为700s～900s。
[0034]在本专利技术的一些更优选的实施方式中，S3中所述恒电位沉积后还包括：用去离子水清洗5min～10min，干燥；所述干燥的温度为50℃～65℃，时间为20h～25h。
[0035]根据本专利技术的第三个方面，提出了一种乙酸气体检测传感器，所述乙酸气体检测
传感器中装配有第一方面所述的乙酸气体敏感膜。
[0036]根据本专利技术的第四个方面，提出了一种乙酸气体敏感膜在乙酸气体检测中的应用。
[0037]在本专利技术的一些实施方式中，所述乙酸气体检测要求的环境湿度为40％～80％。
[0038]在本专利技术中，金属氧化物对湿度的敏感性较高，目前可以用电子
‑
质子导电机制来解释在较低以及较高湿度下传感器的灵敏度下降的现象，空气中的水蒸气会以不同的方式吸附在金属氧化物的表面，并与其表面的活性氧离子发生反应：O2(g)变为O2(ads)，O2(ads)得到电子变成O2‑
(ads)，水蒸气H2O与O2‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种乙酸气体敏感薄膜，其特征在于，所述薄膜包括导电聚合物膜层和沉积在导电聚合物膜层表面的金属氧化物膜层；所述导电聚合物膜层的中含有聚4,4',4
”‑
三(咔唑
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基)三苯胺。2.根据权利要求1所述的乙酸气体敏感薄膜，其特征在于，所述导电聚合物膜层的厚度为200nm～1000nm。3.根据权利要求1所述的乙酸气体敏感薄膜，其特征在于，所述金属氧化物膜层的厚度为500nm～1500nm。4.权利要求1～3任一项所述的乙酸气体敏感薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将电解液和4,4',4
”‑
三(咔唑
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基)三苯胺单体混合，得到电聚合电解液；S2：将ITO为工作电极，与对电极、参比电极构成的三电极体系置于S1所述电聚合电解液中，恒电位电聚合，得到表面沉积导电聚合物膜层的ITO；S3：将S2所述表面沉积导电聚合物膜层的ITO作为工作电极，与对电极、参比电极构成的三电极体系置于含金属盐的水溶液中，在所述导电聚合物膜层表...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘聪，叶梓健，余家海，龙杰，张立，吴嘉伟，王玉海，孙丰强，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：