[发明专利]Ti3C2Tx/聚苯胺复合薄膜氨气传感器及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种Ti₃C₂T_x/聚苯胺复合薄膜氨气传感器及其制备方法与应用，涉及氨气传感器和复合纳米材料技术领域，所选用的Ti₃C₂T_x/聚苯胺复合薄膜的聚苯胺具有结构多样化，环境稳定性好，容易合成，掺杂‑脱掺杂可逆及电导能力可调等优点；Ti₃C₂T_x材料的表面富含氨气吸附官能团，并且具有与石墨烯类似的大比表面积及柔性性质，因此Ti₃C₂T_x材料具有优异的氨气吸附能力；二者复合能够大大提升氨气传感器的氨敏性能，尤其是灵敏度。

技术领域

本发明涉及氨气传感器和复合纳米材料技术领域，具体涉及一种Ti₃C₂T_x/聚苯胺复合薄膜氨气传感器及其制备方法与应用。

背景技术

氨气是一种无色且具有强烈的刺激气味的气体。被广泛应用于化工、轻工、化肥、制药、合成纤维等领域不可避免的会与人体接触，危害人体健康。氨气主要通过吸入或与皮肤接触的方式对人体造成伤害。吸入氨气气体可能会导致以下一系列的不适症状：咽喉肿痛、鼻塞、头痛以及嗅觉失灵等。另外，农业生产过程中对作物施加的氨肥会以氨气的形式挥发损失，导致施肥效率低、施肥效果差。因此，通过氨气传感器对施肥后大田环境氨气浓度进行检测，可以评估肥料损失程度，有助于改进肥料提高施肥效率。

氨气敏感材料按照材料性质主要可以分为以下几类：金属无机半导体、金属有机半导体、导电高分子聚合物等，其发展经历了从单一材料到复合材料的过程。近年来，由于基于导电高分子聚合物与二维材料的复合材料具有大比表面积，良好导电特性及其具有多种类的官能团的特性，使得它在气体吸附与气体敏感上具有广泛的应用前景。应用于气体传感器领域的的导电高聚合物材料主要有聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等。其中，聚苯胺由于其结构多样化，环境稳定性好，容易合成，掺杂-脱掺杂可逆及电导能力可调等优点受到了普遍的关注。

通过聚苯胺/二维材料复合材料可以提高单一聚苯胺氨气传感器的氨敏性能。例如，申请号为201210390062.9的发明专利公开了基于石墨烯/聚苯胺杂化材料的气体传感器及其制备方法。该发明利用聚苯胺良好的氨敏性能和墨烯大比表面积的特性，制备了基于石墨烯/聚苯胺复合薄膜的电阻型氨气传感器。例如，申请号为201310127805.8的发明专利公开了一种分散聚苯胺/碳纳米管复合电阻型薄膜气敏元件及其制备方法。该发明利用聚苯胺/碳纳米管复合膜大比表面积、具有大量氨气吸附位点的特性，制备了氨敏性能良好的电阻型薄膜气敏元件。

但目前利用现有的氨气敏感材料制成的普通氨气传感器通常具有工作温度高，受湿度影响大等问题，严重限制了应用范围。因此，需要探索具有高稳定性、高选择性、高灵敏度且在室温大气湿度下可以正常工作的氨气传感器，以实现对工农业生产中的氨气浓度进行准确、快速的监测。发明内容

本发明的目的在于：提供一种Ti₃C₂T_x/聚苯胺复合薄膜氨气传感器及其制备方法与应用，解决目前普通氨气传感器通常具有的工作温度高，受湿度影响大，应用范围小的问题且现有的氨气敏感材料存在比表面积较小，气敏性能尤其是灵敏度差的问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种Ti₃C₂T_x/聚苯胺复合薄膜氨气传感器，所述Ti₃C₂T_x/聚苯胺复合薄膜氨气传感器从上到下依次包括聚酰亚胺衬底层，金叉指电极层及Ti₃C₂T_x/聚苯胺复合薄膜层，所述Ti₃C₂T_x/聚苯胺复合薄膜是通过原位聚合自组装法一步生长在聚酰亚胺衬底上制得的。