一种甲烷传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种甲烷传感器，包括基底、导电连接电极和传感电极，导电连接电极设于基底上，传感电极覆盖在导电连接极上，传感电极为一层导电聚合物薄膜，导电连接极除传感区的部分涂覆有绝缘层。传感电极采用聚（3，4

【技术实现步骤摘要】
一种甲烷传感器


[0001]本专利技术涉及甲烷气体检测
，特别是涉及一种甲烷传感器。

技术介绍

[0002]为了实现能源和环境的可持续发展，天然气的生产和消费都出现了快速增长。据预测，天然气在未来将成为第二大最广泛使用的能源。甲烷是天然气的主要成分。作为发电和供暖的来源，它是全球变暖和气候变化的一个重要因素。与煤相比，甲烷在燃烧过程中的排放和生产成本相对较低。在甲烷的应用中存在着一些安全问题。甲烷无色无味，在空气中的浓度约为5%至15%，具有爆炸性。由于管道老化、腐蚀、缺陷等因素，经常发生天然气管道泄漏事故，在煤矿开采作业和石油分馏厂也可能发生甲烷泄漏。甲烷泄漏可能威胁到人们的生命和财产安全。为了快速、可靠地识别甲烷泄漏，开发智能化、实时检测、高灵敏度的甲烷传感器是安全应用甲烷的关键。
[0003]而现有技术中已有多种甲烷传感器，根据不同的原理甲烷传感器可分为光学传感器、电容式传感器、量热式传感器、共振式传感器、声学传感器、热释电传感器、半导体金属氧化物传感器和电化学传感器，但现有的传感器均存在一些不足之处，例如消耗功率高、工作温度高、设备的外壳昂贵且笨重、价格昂贵。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种甲烷传感器，解决了上述消耗功率高、工作温度高、设备的外壳昂贵且笨重、价格昂贵的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种甲烷传感器，一种甲烷传感器，其特征在于：包括基底、导电连接电极和传感电极，导电连接电极设于基底上，传感电极覆盖在导电连接极上，传感电极为一层导电聚合物薄膜，导电连接极除传感区的部分涂覆有绝缘层。
[0006]优选的，导电聚合物为导电聚合物为聚（3，4
‑
乙烯二氧噻吩）：聚（苯乙烯磺酸）（PEDOT：PSS）、聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯中的一种，其以液体或者浆料的形式通过丝网印刷、打印方法制造、或者涂布的方法制造成膜。
[0007]再优选的，导电聚合物为PEDOT：PSS。
[0008]优选的，导电连接电极材料为金复合浆料、铂复合浆料、碳复合浆料中的一种，其通过丝网印刷或者打印方法制造。
[0009]优选的，基底的材料为柔性材料聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚亚酰胺、聚氯乙烯、丙烯腈丁二烯和苯乙烯的三元共聚物中的至少一种，或硬质材料硅、玻璃、陶瓷中的一种。
[0010]优选的，导电连接电极为电化学电极，包括2个电极或3个电极，2个电极时为工作电极和对电极，3个电极时为工作电极、参比电极和对电极。
[0011]优选的，导电聚合物溶液浓度为1~100%，体积为0.1~10μL。
[0012]再优选的，PEDOT:PSS溶液的浓度为100%，PEDOT:PSS溶液的体积为0.7μL。
[0013]一种甲烷传感器的制备方法，包括以下步骤：（1）制备基底将基片清洗干净，然后切成1cm
×
5cm的均匀小块，作为基底；（2）制造导电连接电极用丝网印刷机或打印机将电极材料在基底上打印或丝网印刷形成导电连接电极，然后将其放入烘箱干燥，导电连接电极作为连接传感电极的导线，并进一步通过接口连接检测仪器或者电路板并进一步通过接口连接检测仪器或者电路板；（3）制造绝缘层用丝网印刷机或者打印机在导电连接电极上制造绝缘层，露出连接外部接口部分和传感电极的传感区域，然后将其放入烤箱干燥；（4）制作传感电极将导电聚合物溶液滴在传感区域中传感电极的连接处，将其放入烤箱干燥后成膜，即传感电极，取出后放在冰箱里保存。
[0014]优选的，烤箱干燥的温度范围为30~100℃，干燥的时间为5~100min。
[0015]优选的，冰箱储存的温度为0~8℃。
[0016]本专利技术的有益效果：（1）通过在柔性基底上涂覆电连接电极、PEDOT:PSS传感电极、绝缘层制得甲烷传感器，传感器小型、稳定，实现了灵敏、快速检测甲烷，并且较小的体积，使甲烷传感器具有较小的外壳即可，减轻了传感器的重量，并降低了成本。
[0017]（2）使用PEDOT:PSS聚合物作为传感电极，PEDOT:PSS溶液成膜后的份子堆积有序形成传导带，传导带具有导电层和电阻层，空气中的氧气被吸附在PEDOT:PSS上并转化为化学吸附的氧气，在甲烷的存在下，甲烷分子与化学吸附的氧反应，产生CO2、H2O2和电子，从而使电子进入传导带，导致导电层厚度增加，电阻层厚度减小，使PEDOT:PSS的电阻下降，将其接入电压后因其电阻的变化便会产生变化电流响应，因此便可根据相应的变化电流检测出空气中含有甲烷，使制得的甲烷传感器具有高灵活性、低成本、反应快速、高灵敏度的特点。
[0018]下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0019]图1是本专利技术甲烷传感器的示意图；图2是本专利技术甲烷传感器的横截面示意图；图3是本专利技术不同浓度的PEDOT:PSS和不同体积的PEDOT:PSS甲烷传感器电流响应的示意图；图4是本专利技术不同浓度的PEDOT:PSS和不同体积的PEDOT:PSS甲烷传感器响应时间的示意图；图5是本专利技术不同浓度的PEDOT:PSS和不同体积的PEDOT:PSS甲烷传感器恢复时间的示意图；图6是本专利技术甲烷传感器在不同浓度的甲烷中的电流曲线示意图；图7是本专利技术甲烷传感器在不同浓度的甲烷中绘制的校准曲线示意图；图8是本专利技术甲烷传感器的灵活性示意图；
图9是本专利技术甲烷传感器的可重复性实验示意图；图10是温度对甲烷传感器的影响示意图；图11是不同批次制备的甲烷传感器的电流误差示意图；图12是检测恒定浓度甲烷的单个传感器的电流信号的示意图；图13是本专利技术甲烷传感器的老化效果示意图。
[0020]附图标记：1、基底；2、工作电极；3、参比电极；4、对电极；5、导电连接电极；6、绝缘层；7、传感电极。
具体实施方式
[0021]下面结合实施例，对本专利技术进一步描述。
[0022]实施例1一种甲烷传感器，通过以下步骤制作，（1）制备基底：将柔性PET基片清洗干净，然后切成1cm
×
5cm的均匀小块，作为柔性基底1。
[0023]（2）制造导电连接电极：用用丝网印刷机或打印机将导电碳浆料在基底上打印或丝网印刷形成导电连接电极5，电连接电极5包括工作电极2、参比电极3和对电极4，电连接电极5作为连接PEDOT:PSS传感电极7和恒电位仪的导线，并进一步通过接口连接检测仪器或者电路板然后将其放入烤箱，在温度为60℃的条件下干燥60min。
[0024]（3）制造绝缘层：用丝网印刷机或者打印机在导电连接电极5上制造绝缘层6，露出连接外部接口部分和PEDOT:PSS传感电极7的传感区域，然后将其放入烤箱，在温度为60℃的条件下干燥60min。
[0025]（4）制作传感电极：将浓度为50%体积为0.4μL的PEDOT: PSS溶液滴在传感区域中的PEDOT:PSS传感电极7的连接处，将其放入烤箱干燥后，成膜即PEDOT:PSS传感电极7本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种甲烷传感器，其特征在于：包括基底、导电连接电极和传感电极，导电连接电极设于基底上，传感电极覆盖在导电连接极上，传感电极为一层导电聚合物薄膜，导电连接极除传感区的部分涂覆有绝缘层。2.根据权利要求1所述的一种甲烷传感器，其特征在于：导电聚合物为聚（3，4
‑
乙烯二氧噻吩）：聚（苯乙烯磺酸）、聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯中的一种，其以液体或者浆料的形式通过丝网印刷、打印方法、或者涂布的方法制造成膜。3.根据权利要求1所述的一种甲烷传感器，其特征在于：导电连接电极材料为金复合浆料、铂复合浆料、碳复合浆料中的一种，其通过丝网印刷或者打印方法制造。4.根据权利要求1所述的一种甲烷传感器，其特征在于：基底的材料为柔性材料聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚亚酰胺、聚氯乙烯、丙烯腈丁二烯和苯乙烯的三元共聚物中的至少一种，或硬质材料硅、玻璃、陶瓷中的一种。5.根据权利要求1所述的一种甲烷传感器，其特征在于：导电连接电极为电化学电极，包括2个电极或3个电极，2个电极时为工作电极和对电极，3个电极时为工作电极、参比电极和对电极。6.根据权利要求2所述的一种甲烷传感器，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔悦，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：