一种基于Cu-DBC导电金属有机框架薄膜的化学电阻型气体传感器及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种Cu

【技术实现步骤摘要】
一种基于Cu
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DBC导电金属有机框架薄膜的化学电阻型气体传感器及其应用


[0001]本专利技术属于气体传感领域，尤其涉及一种基于Cu
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DBC薄膜的化学电阻型气体传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]硫化氢(H2S)作为一种具有臭鸡蛋气味的剧毒气体，在明火、高热条件下易于发生爆炸，广泛存在于工业生产和自然环境中。H2S主要损伤的是人体的神经系统，即使是低浓度的H2S，长期吸入也会对人体的眼睛、呼吸系统和中枢神经造成严重伤害，吸入高浓度的H2S甚至会对生命健康造成威胁。在天然气、医疗诊断、环境监测等领域，检测H2S浓度对保障在这些领域工作人员的生命健康十分重要。另一方面，H2S被认为是继一氧化氮和一氧化碳之后的第3种重要气体信号分子，可以作为一种呼出气中的生物标志物来监测人体的健康状况。及时掌握呼出气中H2S气体的浓度有助于及时发现疾病并采取有效措施。开发一种高灵敏度、高选择性的H2S气体传感器对化学工业、环境的监测以及人体健康的监测是十分有意义的。
[0003]目前，H2S气体传感器根据应用的领域以及精度不同，衍生出了不同类型的传感器，例如半导体金属氧化物型传感器、光学型传感器以及生物型传感器等。其中化学电阻型传感器由于反应机理简单、价格低廉、灵敏度高等优势，成为目前研究的热门。化学电阻型H2S传感器的敏感材料具有多样性，但是也会暴露出一些不足之处，例如基于金属氧化物的传感器通常需要较高的工作温度，条件苛刻，限制了其应用范围；对于有机碳基材料，往往表现出灵敏度不足、稳定性差等劣势。亟需开发一种条件温和、灵敏度高、选择性优异的新型材料用于H2S传感器。
[0004]具有Cu
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儿茶酚结构的导电金属有机框架除了继承传统MOFs的多孔性和高比表面积外，最重要的是其具有良好的导电性和丰富的[CuO4]活性位点，有望用于H2S的化学电阻型检测。将Cu
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DBC作为敏感材料，当其与H2S气体分子相互作用时，其[CuO4]活性位点的氧化还原反应导致材料的电学信号发生变化，从而表现出良好的响应。但是使用传统水/溶剂热法合成c
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MOFs，再通过滴铸等形式转移到传感器上的方法存在着一些缺点，例如薄膜的厚度无法控制，滴涂不均匀等，这些劣势导致传感器的再现性较差。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种基于Cu
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DBC(8OH
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DBC＝2，3，6，7，10，11，14，15
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八羟基二苯并[g，p]屈)薄膜的H2S化学电阻型气体传感器及其制备方法，以提高气体传感器对H2S的响应性及选择性。本专利技术利用层层自组装的方法制备了Cu
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DBC导电金属有机框架薄膜，合成的薄膜致密均匀且厚度可控，无需转移可直接用于用于化学电阻型气体传感器，与传统的滴铸法相比较，具有操作简单、重复性好、与基底结合性好等优点。本专利技术所公开的基于Cu
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DBC薄膜的化学电阻型气体传感器在室温下对H2S具有非常好的响应以
及选择性。
[0006]本专利技术通过以下技术方案实现：
[0007]本专利技术提供了一种Cu
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DBC薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1、将石英玻璃基底表面进行超声清洗以及亲水化修饰。
[0009]步骤2、将石英玻璃放入醋酸铜溶液与8OH
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DBC配体溶液中交替浸泡，得到Cu
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DBC导电金属有机框架薄膜
[0010]优选地，在步骤2中，醋酸铜的浓度为0.1mmol/L，8OH
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DBC配体溶液的浓度为0.01mmol/L.
[0011]优选地，在步骤2中，在醋酸铜溶液中浸泡时间为20分钟，在8OH
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DBC配体溶液中浸泡时间为40分钟。
[0012]优选地，在步骤2中，每次浸泡与醋酸铜溶液或8OH
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DBC配体溶液后，需要在乙醇溶液中浸泡3分钟洗掉未反应完全的铜离子或配体。
[0013]优选地，在步骤2中，通过控制不同的浸泡圈数，得到了不同厚度的Cu
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DBC金属有机框架薄膜。
[0014]本专利技术提供了采用上述方法制备的Cu
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DBC导电金属有机框架薄膜。
[0015]本专利技术还提供了一种基于Cu
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DBC薄膜的化学电阻型气体传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0016]步骤(1)、使用层层自组装法在石英玻璃基底上沉积不同厚度的Cu
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DBC导电薄膜。
[0017]步骤(2)、利用磁控溅射仪，将叉指电极模板覆盖在薄膜表面进行电极溅射，构筑了化学电阻型气体传感器。
[0018]优选地、在步骤(1)中，层层自组装生长Cu
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DBC薄膜的厚度在10
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45nm。
[0019]优选地、在步骤(2)中，所使用叉指电极模板的电极宽度为0.5mm，沟道宽度为0.1mm。
[0020]优选地、在步骤(2)中，磁控溅射仪溅射的时间为120秒。
[0021]本专利技术提供了采用上述方法制备的基于Cu
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DBC薄膜的化学电阻型传感器。
[0022]本专利技术制备的化学电阻型气体传感器用于H2S气体的室温响应。
[0023]与现有技术相比，本专利技术具有以下创新性和有益效果：
[0024]本专利技术采用层层自组装法在石英玻璃基底上制备了Cu
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DBC导电金属有机框架薄膜，合成的薄膜致密连续且厚度可控，与传统的滴铸法相比，操作简单，与基底的结合性更好；本专利技术合成的Cu
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DBC薄膜导电性良好，具有半导体性质；本专利技术构筑了基于Cu
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DBC薄膜的化学电阻型气体传感器，传感器对H2S气体具有非常好的传感性能以及选择性。
附图说明
[0025]图1为本专利技术中基于Cu
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DBC薄膜的化学电阻型气体传感器结构示意图。
[0026]图2为本专利技术中基于Cu
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DBC薄膜的化学电阻型气体传感器结构示意图。
[0027]图3为实施例1中生长圈数20圈时Cu
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DBC薄膜的扫描电子显微镜图
[0028]图4为实施例1中生长圈数20圈时Cu
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DBC薄膜的原子力显微镜正面图
[0029]图5为实施例1中不同生长圈数Cu
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DBC薄膜厚度趋势图。
[0030]图6为实施例1中生长圈数为20圈时，Cu
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DBC薄膜传感器对不同浓度H2S气体的响
应性能图。
[0031]图7为对比例1中传感器对1ppm H2S气体的响应性能图。
具体实施方式
[0032]为了进一步说明本专利技术，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Cu
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DBC薄膜的化学电阻型气体传感器及其制备方法，其特征在于，包括自下而上的基底、Cu
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DBC导电金属有机框架薄膜以及叉指电极转换元件。2.根据权利要求1所述的基于Cu
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DBC薄膜的化学电阻型气体传感器，其特征在于：所述基底为石英玻璃。3.根据权利要求1所述的基于Cu
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DBC薄膜的化学电阻型气体传感器，其特征在于：所述Cu
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DBC薄膜的厚度为10
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45nm。4.根据权利要求1所述的基于Cu
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DBC薄膜的化学电阻型气体传感器，其特征在于：叉指电极的宽度为0.5mm，叉指电极沟道的宽度为0.1mm。5.根据权利要求1所述的基于Cu
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DBC薄膜的化学电阻型气体传感器，其特征在于：所述叉指电极溅射选用的是金电极。6.根据权利要求1
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5任一项所述的方法制备的基于Cu
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DBC薄膜的化学电阻型气体传感器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王铁，任岩，刘婧娟，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：