[发明专利]可用于低浓度二氧化氮的克酮酸菁聚合物传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了可用于低浓度二氧化氮的克酮酸聚合物传感器及其应用，公开了基于含共轭双离子结构的联苯二胺基克酮酸菁聚合物的二氧化氮电阻式传感器；公开的基于含共轭双离子结构的联苯二胺基克酮酸菁聚合物的二氧化氮传感器包括叉指电极以及覆于叉指电极上的镀膜材料；镀膜材料为含共轭双离子结构的联苯二胺基克酮酸菁聚合物，显示出对二氧化氮的优异的传感选择性，并且该传感器可在高温高湿下稳定工作，其最低检测限低至20 ppb，响应/回复时间为218 s/114 s；同时基于含共轭双离子结构的联苯二胺基克酮酸菁聚合物的二氧化氮传感器具有优异的选择性，可以有效排除其他气体的干扰。

技术领域

本发明属于有机半导体器件技术领域，具体涉及可用于低浓度二氧化氮的克酮酸菁聚合物传感器及其制备方法和用途。

背景技术

二氧化氮(NO₂)是一种无色有刺激性气味的气体，而且即使在非常低的浓度下对人体也有伤害。NO₂吸入初期仅有轻微的眼及上呼吸道刺激症状，如咽部不适、干咳等，在浓度超过1 ppm时还会威胁人类的呼吸系统。长期处于ppm级别的NO₂氛围下会导致呼吸道疾病，如支气管炎、呼吸窘迫、肺气肿甚至会引发心脏病。肺水肿消退后两周左右可出现迟发性阻塞性细支气管炎。环境保护署(EPA)制定的标准空气质量标准为NO₂的浓度极限为不高于53ppb。此外，NO₂还是主要的环境污染物，会带来酸雨和光化学烟雾，造成地表水的酸化，富营养化（由于水中富含氮、磷等营养物藻类大量繁殖而导致缺氧）以及增加水体中有害于鱼类和其它水生生物的毒素含量。同时，NO₂还有一定的慢性危害：主要表现为神经衰弱综合征及慢性呼吸道炎症。个别病例出现了肺纤维化，引起牙齿酸蚀症。

现有技术公开了稠环方酰胺聚合物二氧化氮传感器及其制备方法和用途。清洁基板，并将叉指电极固定在所述基板上；称取稠环方酰胺聚合物分散在乙醇中，然后均匀刷涂至已经洗净烘干的叉指电极上，随后将刷好的器件在烘箱内干燥，得到稠环方酰胺聚合物二氧化氮传感器。但是现有有机传感材料受温度影响较大，无法在高温工作。

发明内容

针对上述情况，本发明采用一种在联苯二胺基克酮酸菁聚合物表面来制备二氧化氮传感器，并且通过在不同浓度的二氧化氮下观察传感器的电流变化来检测不同浓度二氧化氮。本发明的二氧化氮传感器在对二氧化氮的检测限能达到20 ppb。并且传感器制作方便，价格低廉，稳定性好。

本发明公开了一种可用于低浓度二氧化氮的克酮酸菁聚合物传感器，包括叉指电极以及覆于叉指电极上的联苯二胺基克酮酸菁聚合物膜；所述联苯二胺基克酮酸菁聚合物的化学结构式如下：

其中，n为20~50。

本发明可用于低浓度二氧化氮的克酮酸菁聚合物传感器包括叉指电极和镀膜材料，还包括基板；所述镀膜材料为上述联苯二胺基克酮酸菁聚合物，其被刷涂在所述叉指电极上，并且其厚度为20~50 μm。

本发明还公开了上述可用于低浓度二氧化氮的克酮酸菁聚合物传感器的制备方法，包括如下步骤：将联苯二胺基克酮酸菁聚合物溶液刷涂在叉指电极上，于室温下放置，清除溶剂后，于50~80℃干燥0.5~2小时，得到可用于低浓度二氧化氮的克酮酸菁聚合物传感器电极。

上述技术方案中，叉指电极固定在基板上；将联苯二胺基克酮酸菁聚合物溶解于溶剂中，得到联苯二胺基克酮酸菁聚合物溶液；刷涂通过刷涂笔来完成；干燥通过真空烘箱来完成。

上述技术方案中，按照联苯二胺基克酮酸菁聚合物:溶剂=1∶400~600的重量比将联苯二胺基克酮酸菁聚合物溶解于溶剂中，使其分散均匀，得到联苯二胺基克酮酸菁聚合物溶液；将联苯二胺基克酮酸菁聚合物溶液刷涂在叉指电极上，于室温下放置，清除溶剂后，于50~80℃干燥0.5~2小时，得到可用于低浓度二氧化氮的克酮酸菁聚合物传感器电极。