[发明专利]一种基于功能化双壁碳纳米管传感器及其制备方法

说明书

本发明提供一种基于功能化双壁碳纳米管传感器，用于监测锂离子电池电解液的泄露，包括：衬底，由绝缘层构成；电极，设置在所述绝缘层上表面；以及感应层，设置在所述电极上表面；其中，所述绝缘层的表面为平滑表面，所述感应层为功能化双壁碳纳米管层。本发明还提供一种基于功能化双壁碳纳米管传感器的制备方法，包括以下步骤：步骤1，处理衬底；步骤2，在衬底表面设置电极；步骤3，纯化处理双壁碳纳米管；步骤4，采用重氮盐修饰双壁碳纳米管；步骤5，将功能化双壁碳纳米管滴涂于等离子处理后的衬底上，完成器件制备。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种基于功能化双壁碳纳米管传感器及其制备方法。

背景技术

在当今时代，锂离子电池由于具有高能量密度、高功率密度以及长的循环使用寿命，而引起了人们极大的兴趣。然而，锂离子电池的安全问题一直以来都备受关注，尤其是应用在越来越热门的电动和混合电动车上。几起公布的电动汽车事故，比如：特斯拉汽车自燃，更突出强调了锂离子电池安全的重要性。锂离子电池的热失控是导致其着火爆炸的主要原因之一，电池过热会导致电解液蒸气析出。因此，监测电解液蒸气泄露是及时发现锂离子电池故障的一种有效途径。

碳酸二甲酯(DMC)是锂离子电池电解液的主要成分之一。由于它具有易挥发的特性，容易在空气中扩散，且分子中含有羰基、甲氧基等极性基团，DMC可以用作判断电解液是否发生泄露的目标气体。然而，目前，检测DMC的手段十分有限，常见的是采用气相色谱-质谱(GC-MS)进行检测。但是，GC-MS检测仪过于庞大，不利于进行实时的监测，急需一种便携又精准的微型传感器来进行DMC检测，以达到监测锂离子电池电解液泄露的目的。

为了制备出性能优异的微型传感器，需要选择合适的感应物质。常见的感应物质主要分为两类：有机传感物质和无机传感物质。有机类的传感物质有着较好的化学活性，具有灵敏度高、选择性好等优点。然而，有机传感物质由于稳定性差，难以长期稳定的使用。而无机传感物质具有优异的稳定性，可以在空气中稳定使用。碳纳米管作为无机传感物质之一，除了具有稳定性好的优点，它的表面容易通过化学反应进行修饰，因而是一种理想的传感物质。

碳纳米管又分为三种：单壁碳纳米管、双壁碳纳米管和多壁碳纳米管。单壁碳纳米管表面功能化后会破坏其共轭结构，从而使其导电性能大幅度下降，容易导致器件难以正常工作。多壁碳纳米管即使表面功能化，其灵敏度也比较低，这是由于多壁碳纳米管内层原子数量多，电流大，导致它受目标物质影响小。相比之下，双壁碳纳米管由于外层可以实现功能化，吸引目标物质，内层又保有一定的导电性，是一种理想的传感物质。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种基于功能化双壁碳纳米管传感器。

本发明提供了一种基于功能化双壁碳纳米管传感器，用于监测锂离子电池电解液的泄露，具有这样的特征，包括：衬底，由绝缘层构成；电极，设置在绝缘层上表面；以及感应层，设置在电极上表面；其中，绝缘层的表面为平滑表面，感应层为功能化双壁碳纳米管层。

在本发明提供的基于功能化双壁碳纳米管传感器中，还可以具有这样的特征：其中，绝缘层的材料为不导电的无机材料或不导电的有机材料。

在本发明提供的基于功能化双壁碳纳米管传感器中，还可以具有这样的特征：其中，不导电的无机材料为长有二氧化硅的硅片或石英片，不导电的有机材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯PET或聚乳酸PLA。

在本发明提供的基于功能化双壁碳纳米管传感器中，还可以具有这样的特征：其中，电极的材料为金属导电材料或非金属导电材料

在本发明提供的基于功能化双壁碳纳米管传感器中，还可以具有这样的特征：其中，金属导电材料为金、银或镉，非金属导电材料为导电聚合物。

在本发明提供的基于功能化双壁碳纳米管传感器中，还可以具有这样的特征：其中，功能化双壁碳纳米管为表面修饰有含羟基官能团的双壁碳纳米管，含羟基官能团为羟基、3，5-二羟基苯基或3，4，5-三羟基苯基。