[发明专利]一种聚苯胺空心球/MXene复合氨气气敏材料的制备方法

说明书

本发明提供一种聚苯胺空心球/MXene复合氨气气敏材料的制备方法，具体步骤如下：(1)高分子柔性衬底的制备；(2)纳米级磺化聚苯乙烯球模板的合成；(3)制备聚苯胺空心球/MXene复合气敏材料：其中所述手风琴状MXene与所述苯胺质量比1.0～30wt％，将反应得到的产物即为聚苯胺空心球/MXene复合气敏材料，沉积了该复合气敏材料的柔性衬底即为制备的NH₃传感器。本发明所制备的聚苯胺空心球/MXene气敏材料具有均匀分散的复合结构，手风琴状MXene的引入有效地改善聚苯胺导电性，同时其表面丰富的官能团有助于提升聚苯胺的气敏性能。柔性衬底上不需沉积电极，成本低廉、步骤简单可控、柔韧性好、灵敏度高、可在室温下实现NH₃的检测。

技术领域

本发明涉及纳米功能材料技术领域，具体涉及一种聚苯胺空心球/MXene复合氨气气敏材料的制备方法。

背景技术

随着工业技术的飞速发展，有毒有害气体可以来自人们生活和工作的诸多方面，对大气环境及微环境中有毒有害气体成分和浓度的实时、快速检测对于人类活动至关重要。氨气(NH₃)是一种无色且具有刺激性臭味的有毒气体，其来源十分广泛，低浓度的NH₃即可严重危害人类身体健康和影响养殖动物的生长和繁殖能力。此外，NH₃可以作为标志物用于诊断人体健康疾病以及食品新鲜度等的检测。因此，实现NH₃的实时、快速检测显得尤为重要。目前，气体检测技术主要有光学方法、色谱法、电极电位法、气体传感器等。其中，气体传感器因其集成程度高、便于携带以及能原位实时监测等优势而被广泛应用，而气体传感器的气敏特性则取决于其核心部件气敏材料。

导电高分子聚苯胺(PANI)因其成本低、易合成、可逆的掺杂/去掺杂以及对NH3独有的敏感特性等特点而被认为是最有前途的室温NH3敏感材料，因而基于PANI的NH3传感器研究引起了人们的广泛兴趣。但是，以单纯的PANI作为敏感材料的NH3传感器通常存在灵敏度低、选择性差等缺点，这限制了传感器的实际应用。为了提高这类NH3传感器的气敏性能，通常的策略是将PANI与其他材料复合，利用不同材料间的协同作用以改善传感器的气敏性能。因此，开发一种高性能的PANI复合室温气敏材料具有重要的研究价值。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种聚苯胺空心球/MXene复合氨气气敏材料的制备方法，该气敏材料为聚苯胺空心球/MXene复合材料。。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种聚苯胺空心球/MXene复合氨气气敏材料的制备方法，具体步骤如下：

(1)高分子柔性衬底的制备：将柔性PET或PI衬底剪裁成长度为20mm，宽度为10mm，分别采用去离子水、丙酮和乙醇依次进行超声洗涤，超声频率30～50KHZ，超声洗涤时间均为5～15min，干燥后用氧等离子体处理所述柔性PET或PI衬底10～30min，留待使用；

(2)纳米级磺化聚苯乙烯球模板的合成：取0.01～1.0g C₁₂H₂₅SO₄Na和0.01～0.1gNa₂CO₃溶于100ml去离子水中，充氮搅拌20～40min；再加入1～50ml苯乙烯继续搅拌20～40min；再将0.01～0.05g K₂S₂O₈加入到上述溶液，在50～80℃下搅拌反应8～36h，搅拌速度500～800rpm，用无水乙醇、去离子水交替洗涤，将产物40～60℃下真空干燥11～13h，取0.1～1.0g上述产物加入到1.0～10ml的质量分数98％的浓H₂SO₄中，在室温下搅拌反应8～12h，用去离子水、无水乙醇交替洗涤，将产物50～70℃下真空干燥11～13h，得到纳米级磺化聚苯乙烯球；