[发明专利]基于导电聚合物的电磁化学传感器及其制备方法

说明书

本发明提供一种基于导电聚合物的电磁化学传感器及其制备方法，包括步骤：将含有三价铁离子或过硫酸根的氧化剂与阳离子聚电解质混合，获得氧化剂/高分子聚合物混合液；将氧化剂/高分子聚合物混合液制备为氧化剂/高分子聚合物线圈结构；将氧化剂/高分子聚合物线圈结构进行热处理，获得具有自支撑效果的氧化剂/高分子聚合物线圈结构；将上述氧化剂/高分子聚合物线圈置于单体气氛中发生聚合，获得导电聚合物/高分子聚合物线圈结构；将导电聚合物/高分子聚合物线圈结构两端制备电极，从而获得一种基于导电聚合物的电磁化学传感器。本发明实现了导电聚合物在复合材料中的良好分散，从而保证该种复合材料可以作为电磁传感器的敏感单元。

技术领域

本发明涉及敏感材料及传感器领域，特别是涉及一种基于导电聚合物的电磁化学传感器及其制备方法。

背景技术

导电聚合物是指具有导电性能的一类功能聚合物。经过化学和电化学等方法掺杂后该聚合物的导电性明显提高，同时具有一价的对阴离子或对阳离子。这种高聚物具有与金属的电学、磁学和光学相似的性能，同时又保留了传统的高聚物的机械性能和可加工性能。导电聚合物分子室温电导率可以在绝缘体―半导体―金属态范围内变化，因此它在技术上呈现多种诱人前景。

由于高电导率、热导率等特性，传统的铜材料一直作为电磁器件的首选材料，但是铜材料的自身缺陷如：载流子表面效应、环境污染及稀缺等，使得人们开始寻找普通铜材料的代替者。近年来，高导电性聚合物的电磁性能受到人们的广泛关注。由于导电聚合物中载流子的多样性，使得该种材料体现出较高的霍尔效应系数，同时导电聚合物良好的加工性能及生物匹配性使得其在柔性有机电磁器件上有着诱人的发展前景。另外，导电聚合物不仅可以掺杂，而且还可以去掺杂，并且掺杂/去掺杂的过程完全可逆，这使得基于导电聚合物的电磁器件可以体现出对环境变化的响应特性，从而可以开发基于其电磁器件的传感器，实现对外界环境变化如：气体、温度、酸碱性等的高选择、高灵敏度和重复性好的检测。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备工艺简单可控、成本低廉的基于导电聚合物的电磁化学传感器及其制备方法。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种基于导电聚合物的电磁化学传感器的制备方法，包括如下步骤：

(1)将含有三价铁离子或过硫酸根的氧化剂与阳离子聚电解质混合，获得均匀氧化剂/高分子聚合物混合液；

(2)将氧化剂/高分子聚合物混合液制备为氧化剂/高分子聚合物线圈结构；

(3)将氧化剂/高分子聚合物线圈结构进行热处理，获得具有自支撑效果的氧化剂/高分子聚合物线圈结构；

(4)将上述氧化剂/高分子聚合物线圈置于单体气氛中发生聚合，获得导电聚合物/高分子聚合物线圈结构；

(5)将导电聚合物/高分子聚合物线圈结构两端制备电极，从而获得一种基于导电聚合物的电磁化学传感器。

作为优选方式，自支撑效果是指不需要额外的基底和框架支撑，在自然状态下能保持结构形状不发生变化的特征。

作为优选方式，所述氧化剂为三氯化铁、甲基苯磺酸铁、过硫酸铵其中的一种。

作为优选方式，所述阳离子聚电解质为聚苯乙烯磺酸，羟丙基甲基纤维素、聚二烯丙基二甲基氯化铵、聚丙烯酸水溶液、聚乙烯吡啶丁基季铵其中的一种。

作为优选方式，步骤(2)中制备线圈结构的方法为3D打印方法。

作为优选方式，步骤(3)中的热处理为将线圈结构置于195-210℃的水蒸气环境中，处理时间为5～10分钟。

作为优选方式，步骤(4)中的单体为噻吩、3,4-乙烯二氧噻吩、苯胺、吡咯的共轭聚合单体中的一种。