[发明专利]一种水凝胶气体传感器、气体检测装置及气体检测方法

说明书

本发明公开了一种水凝胶气体传感器、气体检测装置及气体检测方法，所述水凝胶气体传感器，包括固定在载体上的导电水凝胶；导电水凝胶至少包括以下组分：聚乙烯醇、卡拉胶和聚离子液体；聚离子液体选自烯基功能化离子液体中的至少一种；烯基功能化离子液体至少包括乙烯基离子对。本发明在导电水凝胶中加入聚离子液体，通过乙烯基离子对的引入，使导电水凝胶的导电性和凝胶网络的稳定性得以提升，从而提升了检测灵敏度。由于导电水凝胶中的三种超分子作用力——氢键作用力、分子结晶、静电相互作用力的协同作用使其对二氧化氮能够产生较高的响应性，因此，本发明检测方法适用于对二氧化氮的实时快速检测。

技术领域

本发明属于有毒挥发性气体检测技术领域，具体涉及一种水凝胶气体传感器、气体检测装置及气体检测方法。

背景技术

二氧化氮是一种具有强氧化性的有机挥发性气体，高浓度的二氧化氮可以影响人的免疫系统、呼吸系统、神经系统，极大地增加了肺炎、哮喘和神经性疾病的风险。如果二氧化氮与其他VOCs气体反应，则会进一步产生新的污染物，对人体产生更大的伤害。近年来，随着汽车尾气、燃烧废气等人为二氧化氮排放量的增加，人们的健康也受到越来越大的威胁。因而如何能够有效地对二氧化氮进行检测，实时原位对其进行监控，迫在眉睫。

近年来，离子导电水凝胶基材料在气体传感领域中得到了较为广泛的应用。与现有的气体传感材料，如碳基材料、金属材料和其他的硅基材料相比，离子导电水凝胶基材料不仅拥有高导电性，而且其体系中存在的柔软的基质和多层多孔的结构使其更有益于气体传感。

然而，传统导电水凝胶气体传感器大多基于将对目标气响应性物质引入到水凝胶体系中用以提升凝胶气体传感器的灵敏度。其制备过程通常需要经过物理掺杂，容易产生相分离。同时，水凝胶气体传感器的制备原料组分单一，使其他凝胶新材料的使用大大受限。因此，制备一种高灵敏度、可用于室温检测的新型多组分导电水凝胶基气体传感器是十分必要的。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种水凝胶气体传感器、气体检测装置及气体检测方法，该传感器的导电水凝胶由多组分构成，使其自身体系中具有三种超分子作用力——氢键作用、PVA分子结晶和静电相互作用，三种超分子作用力协同作用能够与待测气体形成一定的吸附-脱附过程，进而引起电阻的改变，从而能够灵敏检测到待测气体的浓度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明一方面，提出了一种水凝胶气体传感器，包括固定在载体上的导电水凝胶；

导电水凝胶至少包括以下组分：聚乙烯醇、卡拉胶和聚离子液体；

聚离子液体选自烯基功能化离子液体中的至少一种；

烯基功能化离子液体至少包括乙烯基离子对。

可选地，聚乙烯醇与卡拉胶质量比为1:0.1～0.3；

乙烯基离子对为乙烯基阳离子单体和乙烯基阴离子单体。

乙烯基阳离子单体的用量为聚乙烯醇质量的1％～25％；

乙烯基阳离子单体和乙烯基阴离子单体的摩尔比为1:1～10。

具体地，聚乙烯醇与卡拉胶质量比独立选自为1:0.1、1:0.15、1:0.2、1:0.25、1:0.3。

乙烯基阳离子单体的用量独立选自聚乙烯醇质量的1％、5％、15％、23％、25％。

乙烯基阳离子单体和乙烯基阴离子单体的摩尔比独立选自1:1、1:3、1:5、1:7、1:10。

可选地，乙烯基阳离子单体为1-乙烯基-3-丁基咪唑溴盐；

乙烯基阴离子单体为对苯乙烯磺酸钠水合物。