[发明专利]一种聚苯胺基柔性气敏传感器的制备方法

说明书

本发明针对目前气敏材料对爆炸物气氛检灵敏度低，响应时间长的特点，提供一种快速检测爆炸物气氛的柔性传感器的制备方法，该方法采用简单的喷涂工艺进行了设计和制备。结果表明，PANI纤维呈一维形态，纳米级PANI纤维和高渗透性的滤纸对硝基芳香族炸药具有灵敏、快速的反应。花状交错的PANI纤维，以及PANI与滤纸的紧密连接，使其具有良好的弯曲稳定性。本工作进一步凸显了在物联网快速发展的背景下，基于PANI涂层滤纸传感器在快速灵敏地检测硝基芳香族爆炸物方面的潜力，对反恐战争的不断推进以及对可持续发展有着更高的要求。

技术领域

本发明涉及功能材料科学领域和气敏传感材料领域，特别是涉及一种快速检测爆炸物气氛的聚苯胺基柔性气敏传感器的制备方法。

背景技术

一方面，近年来物联网得到快速发展，物联天下，传感先行。传感器，特别是柔性传感器是物联网的核心器件。一定程度上，柔性传感器的发展水平决定的物联网的发展程度。另一方面，爆炸物根据其成分组成可以分为制式爆炸物和非制式爆炸物。制式爆炸物主要包括三硝基甲苯、2,4-二硝基甲苯和苦味酸等，由于一般的硝基芳烃爆炸物在室温下的饱和蒸气压很低，很难检测。因此，以硝基芳烃爆炸物为代表的制式爆炸物检测对人民群众的生命和财产安全也至关重要。传统检测爆炸物原料的方法有荧光法、毛细管电泳法、离子色谱法和电喷雾质谱法等。这些检测方法通常需要大型检测仪器、检测费用高昂，且需要受过培训的专业人员进行操作。

对于气体传感器来说，传统的刚性传感基底（如三氧化二铝）和柔性传感基底（如聚对苯二甲酸乙二醇酯）的气体通透性差，阻碍了传感材料与目标气体的接触，从而降低了传感器的气敏灵敏度。此外，传统的刚性传感基底和柔性传感基底一般很难降解。例如，三氧化二铝一般是不降解的，而普通的橡胶基底一般也需要450年才能降解，而一般的传感器的平均使用寿命仅为18个月。这样一来，随着传感器的失效，将会产生大量的固体废弃物，对环境保护构成了极大的威胁。滤纸基气敏传感器由于其价格低、原料易得，质量轻、体积小、通透性好等优点，且灵敏度高、响应快速快、可以弯曲，受到越来越多的重视，因其灵敏度高、响应快速等优点而被广泛的应用于爆炸物检测中。例如基于单根氧化锌纳米线和碳纳米管的气敏传感器已被报道用来高灵敏地检测三硝基甲苯等爆炸物。然而，基于单根纳米线的气敏传感器尚存在着制备工艺复杂、重复性差、稳定性不高等问题，并且这些研究也仅仅局限于制式爆炸物的检测，其对于非制式爆炸物原料的检测极少有人研究。

发明内容

发明目的

近些年来，在抗化学爆炸传感器的领域内，引起了学者和研究人员的广泛的关注。但是传统的气敏传感材料大多数是固体粉末，需要刚性基板（陶瓷或石英）或柔性基板（塑料或橡胶）来支撑它们，制备气体传感器成为了一项挑战。但是目前为止，包括陶瓷和塑料在内的大多数基板都是不能生物降解、不可回收、生物相容性差的（像塑料需要450年才能分解完）。然而许多传感器和柔性显示器（如手机）的使用寿命平均只有18个月，促使电子应用产生大量的资源浪费。而且最大的问题是，这些电流基板的低渗透性阻碍了传感材料对目标气体分子的有效接触，从而限制了气体传感性能的提高。 为了克服这些缺点，纸上气体传感器脱颖而出，纸上气体传感器以其易降解、高渗透性、低成本等优点，被开发成简单灵活、多用途的、一次性替代装置系统。

气敏材料的制备：

a、将5ml苯胺和5 ml盐酸分别加入至90 ml的去离子水中，磁力搅拌10 分钟；

b、将5 g过硫酸铵加入到10ml去离子水中搅拌溶解

c、将步骤（a）和（b）制备的两种溶液放在冰水混合物中冷却至0℃；将步骤（c）中溶液冷却到0℃的溶迅速倒进喷涂机，然后通过喷涂机将混合溶液立即喷涂到滤纸上，喷涂时间约2分钟，将喷涂后的滤纸在室温下静置24小时后在去离子水中浸泡约10分钟，去除未反应的残留物；

d、将步骤（c）制备出的滤纸在室温下缓慢干燥，切成条状（尺寸约为20x5mm²）作为传感器芯片。