一种检测低浓度氨气的纯钛材料涂层传感器及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及涂层材料领域，公开一种检测低浓度氨气的纯钛材料涂层传感器及其制备方法和应用。本发明专利技术所述传感器包括纯钛材料、微弧氧化涂层和电极；所述微弧氧化涂层经硅酸钠、三水合锡酸钠和醋酸锌电解液微弧氧化设置在所述纯钛材料表面，所述电极设置在所述微弧氧化涂层上。本发明专利技术通过硅酸钠、醋酸锌和三水合锡酸钠的复合电解液进行微弧氧化，在纯钛材料表面形成能够应用于高湿度环境下对低浓度氨气检测的SnO2/TiO2涂层，通过设置电极并利用氧气吸附

【技术实现步骤摘要】
一种检测低浓度氨气的纯钛材料涂层传感器及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及涂层材料领域，具体涉及一种检测低浓度氨气的纯钛材料涂层传感器及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]氨气(NH3)是一种有害气体，NH3检测在农业、工业、安全和人类日常生活中具有重要意义。其中，存在于人体呼出气体中的NH3作为一种潜在的诊断生物标志物，可用于多种类型的肾脏疾病和肝炎，在呼吸测试中变得越来越重要。例如，终末期肾病(ESRD)患者呼出的NH3浓度(平均4.88ppm，范围0.82
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14.7ppm)比健康人(平均0.96ppm，范围0.425
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1.8ppm)高几倍，同时，肝硬化患者呼出的氨气浓度(0.745ppm)明显高于健康人(0.278ppm)。然而，目前实现氨气的有效检测依然存在挑战，如检测以大量水蒸气为特征的环境条件，以及实现廉价、便携的设备。
[0003]本专利技术前期研究成果提供了一种检测氨气的纯钛材料涂层，但经过本专利技术研究发现，其对高湿度环境中低浓度NH3的检测中，灵敏度响应较差，而高湿、低浓度这正是临床呼吸测试NH3的特点之一。因此，迫切需要对高湿度环境中低浓度NH3进行稳定和有效的检测。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种检测低浓度氨气纯钛材料涂层传感器，使其能够在高湿度环境下对低浓度NH3有高灵敏度响应，并对CO2及其他VOC气体具有优异选择性；
[0005]本专利技术的另外一个目的在于提供上述传感器的制备方法和其在检测低浓度氨气以及制备检测低浓度氨气产品中的应用。
[0006]为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本专利技术提供了为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题的方法，作为本专利技术的第一个方面，提供了一种检测低浓度氨气的纯钛材料复合涂层传感器，包括纯钛材料、微弧氧化涂层和电极；所述微弧氧化涂层经硅酸钠、三水合锡酸钠和醋酸锌电解液微弧氧化设置在所述纯钛材料表面，所述电极设置在所述微弧氧化涂层上。
[0007]可选地，所述纯钛材料包括TA1～TA4工业纯钛材料。
[0008]可选地，所述电极为叉指电极。
[0009]可选地，所述电解液中硅酸钠浓度为5～8g/L，醋酸锌的浓度为1.5～2.5g/L，三水合锡酸钠浓度为0.5～1.5g/L。
[0010]作为本专利技术的第二个方面，基于本专利技术所述传感器在检测低浓度氨气时表现出的高灵敏性和选择性的优异性能，本专利技术提供所述传感器在检测低浓度氨气或在制备检测低浓度氨气产品中的应用。其中，所述低浓度氨气包括0.1～20ppm的氨气。
[0011]作为本专利技术的第三个方面，提供了所述传感器的制备方法，包括：
[0012]步骤1、纯钛材料进行打磨、除油和清洗的预处理；
[0013]步骤2、预处理后的纯钛材料在硅酸钠、三水合锡酸钠和醋酸锌电解液中进行微弧氧化，形成微弧氧化涂层；
[0014]步骤3、在所述微弧氧化涂层上设置电极，获得所述传感器。
[0015]作为本专利技术的第四个方面，提供了一种检测低浓度氨气的产品，包括记录电阻值变化的设备和本专利技术所述的传感器，所述设备和传感器上的电极通过导线连接。
[0016]可选地，所述记录电阻值变化的设备包括万用表和数据处理器。
[0017]作为本专利技术的第五个方面，提供了一种检测低浓度氨气的方法，将本专利技术所述传感器置于不同浓度的氨气标样中，通过记录电阻值变化的设备建立电阻变化数据与氨气浓度的标准曲线；然后将所述传感器置于待测环境中，获取电阻值变化数据，通过标准曲线获取待测环境中氨气的浓度。
[0018]本专利技术通过硅酸钠、醋酸锌和三水合锡酸钠的复合电解液进行微弧氧化，在纯钛材料表面形成能够应用于高湿度环境下对低浓度氨气检测的SnO2/TiO2涂层，通过设置电极并利用氧气吸附
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解吸原理检测，相较于常规气体对氨气表现出极优异的灵敏度和选择性，因此能够有效、实时、简便的对氨气进行检测。
附图说明：
[0019]图1所示为本专利技术传感器涂层SEM图；
[0020]图2所示为本专利技术传感器涂层EDS图；
[0021]图3所示为气体选择性试验的检测系统组成示意图；
[0022]图4所示为实施例2第(1)～(3)电解液组制备的传感器对(20～200ppm)高浓度氨气响应结果；其中，图例以1.5g/L、2.0g/L、2.5g/L的醋酸锌(C4H6O4Zn)分别代表第(1)～(3)电解液组，折线从上至下依次为第(2)、(1)、(3)电解液组对应结果；
[0023]图5所示为实施例2第(2)和(4)～(6)电解液组制备的传感器对(0.1～20ppm)低浓度氨气响应结果；其中，图例以0g/L、0.5g/L、1g/L、1.5g/L的三水合锡酸钠(Na2[Sn(OH)6])分别代表第(2)、(4)～(6)电解液组，折线从上至下依次为第(5)、(6)、(4)、(2)电解液组对应结果；
[0024]图6所示为实施例2第(2)电解液组制备的传感器对(0.1～20ppm)低浓度氨气在不同湿度环境下响应结果；其中，折线从上之下依次为98％相对湿度、57％相对湿度和17％相对湿度对应的结果；
[0025]图7所示为实施例2第(4)电解液组制备的传感器对(0.1～20ppm)低浓度氨气在不同湿度环境下响应结果；其中，折线从上之下依次为98％相对湿度、57％相对湿度和17％相对湿度对应的结果；
[0026]图8所示为实施例2第(5)电解液组制备的传感器对(0.1～20ppm)低浓度氨气在不同湿度环境下响应结果；其中，折线从上之下依次为98％相对湿度、57％相对湿度和17％相对湿度对应的结果；
[0027]图9所示为实施例2第(6)电解液组制备的传感器对(0.1～20ppm)低浓度氨气在不同湿度环境下响应结果；其中，折线从上之下依次为98％相对湿度、57％相对湿度和17％相对湿度对应的结果；
[0028]图10所示为不同检测气体的Ra/Rg值柱形图(气体选择性试验结果)；其中，每组结果中，左侧柱形表示相对湿度为17％的结果，右侧柱形表示相对湿度为98％的结果；
[0029]图11所示为本专利技术传感器用于检测不同浓度氨气的拟合曲线。
具体实施方式：
[0030]本专利技术公开了一种检测低浓度氨气的纯钛材料涂层传感器及其制备方法和应用，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本专利技术。本专利技术的传感器及其制备方法和应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本
技术实现思路
、精神和范围内对本文所述的传感器及其制备方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本专利技术技术。
[0031]在本专利技术的第一个方面中，提供了一种检测低浓度氨气的纯钛材料复合涂层传感器，包括纯钛材料、微弧氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种检测低浓度氨气的纯钛材料复合涂层传感器，其特征在于，包括纯钛材料、微弧氧化涂层和电极；所述微弧氧化涂层经硅酸钠、三水合锡酸钠和醋酸锌电解液微弧氧化设置在所述纯钛材料表面，所述电极设置在所述微弧氧化涂层上。2.根据权利要求1所述传感器，其特征在于，所述纯钛材料包括TA1～TA4工业纯钛材料。3.根据权利要求1所述传感器，其特征在于，所述电极为叉指电极。4.根据权利要求1所述传感器，其特征在于，所述电解液中硅酸钠浓度为5～8g/L，醋酸锌的浓度为1.5～2.5g/L，三水合锡酸钠浓度为0.5～1.5g/L。5.权利要求1
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4任意一项所述传感器在检测低浓度氨气或在制备检测低浓度氨气产品中的应用。6.根据权利要求5所述应用，其特征在于，所述低浓度氨气包括0.1～20ppm的氨气。7.权利要求1所述传感器的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘明强，叶佳璐，张硕，刘吉柱，王阳俊，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：