[发明专利]基于石墨烯复合物的湿度传感器的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种纳米材料技术领域的装置及制备方法，具体是一种基于单层聚乙烯吡 咯烷酮-石墨烯复合物的湿度传感器的制备方法。

背景技术

石墨烯，又称单原子层石墨，被认为是一种零带隙半导体。它具有一系列独特电学性质- 室温霍尔效应和高电子迁移率，导热性能，大的比表面积等，引起了研究者们的普遍关注。石 墨烯是严格意义上的二维晶体，是制备生化传感器最理想的材料。如Robinson等在《Nano letters》(纳米快报)上发表了题为“Reduced graphene oxide molcurlar sensors”(还原氧 化石墨烯分子传感器)(2008，8，3137-3140)的文章，他们指出利用还原氧化石墨烯具有导 电性和化学活性缺陷的特点，可作为分子传感器的活性材料，并通过测量电导的变化，来考察 材料对化学试剂丙酮的灵敏度。Fowler等在《ACS nano》(美国化学会纳米)上发表了题为 “Practical chemical sensors from chemically derived graphene”(化学方法制备的石墨 烯应用于化学传感器)(2009，3，301-306)的文章，作者提供了一种简单、实用和有效的方 法来制备石墨烯化学传感器，具体是应用于检测二氧化氮NO₂，氨气NH₃和2，4-二硝基甲苯。 主要是利用化学方法制备的石墨烯分散液旋涂于指状交叉电极阵列上形成单层膜来制备传感 器，通过对电流-电压曲线的测量，来检测石墨烯膜识别化学气体的灵敏度。Kang等在 《Biosensors and Bioelectronics》(生物传感器和生物电子学)上发表了题为“Glucose oxidase-graphene-chitosan modified electrode for direct electrochemistry and glucose sesing”(葡萄糖氧化酶-石墨烯-壳聚糖修饰电极用于电化学法检测葡萄糖检测)(2009，25， 901-905)的文章，作者利用葡萄糖氧化酶-石墨烯-壳聚糖纳米复合物作为电极，采用电化学 方法研究并发现复合物薄膜对葡萄糖表现出极高的灵敏度，而这种生物传感器良好性质正是取 决于石墨大的比表面积和高的电导率。Lu等在《Angewandte chemie》(德国应用化学)上发表 了题为“A graphene platform for sensing biomolecules”(石墨烯为平台的生物分子传感 器)(2009，48，4785-4787)的文章，阐明了水溶性氧化石墨烯可以作为一个对DNA和蛋白质 具有高灵敏度和选择性的检测平台。尽管，基于石墨烯的生物、化学传感器已有一定研究的基 础，但针对石墨烯的湿度传感器仍未有报道。本发明利用聚乙烯吡咯烷酮良好的吸湿性和还原 氧化石墨烯的导电性，制备出了基于聚乙烯吡咯烷酮-石墨烯导电复合薄膜的电阻型湿度传感 器。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于石墨烯复合物的湿度传感器的制备方 法，利用聚乙烯吡咯烷酮及石墨烯的良好吸湿性和导电性，通过旋涂方法在基底表面形成湿敏 复合物的单层膜，在不同湿度下通过导电原子力显微镜测量的I-V曲线来检测复合物对湿度的 灵敏度。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明通过将聚乙烯吡咯烷酮-石墨烯复合物稀释后 以单层膜的形式旋涂于基体表面，然后在单层膜上电镀一层金属电极并经真空干燥处理后，制 成湿度传感器。

所述的聚乙烯吡咯烷酮-石墨烯复合物是指：在室温下将氧化石墨和水以0.5mg/mL的比例 混合后工作频率为40kHz，超声功率200w的超声处理30min，得到氧化石墨烯分散液；再依次 加入聚乙烯吡咯烷酮和抗坏血酸，经70℃油浴反应6h后制成。

所述的聚乙烯吡咯烷酮的用量为氧化石墨质量的1～10倍；

所述的抗坏血酸的用量为氧化石墨质量的2～4倍。

所述的稀释是指：向聚乙烯吡咯烷酮-石墨烯复合物中加入4～50倍体积的水。

所述的单层膜的厚度为1～2nm。

所述的金属电极为金电极或银电极。

所述的金属电极的厚度为50～100nm。

所述的基体为二氧化硅/硅或云母。

所述的真空干燥处理是指在真空干燥箱80℃下处理24小时。