專利名稱：水分散聚苯胺/碳納米管復合電阻型薄膜氣敏元件及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種水分散聚苯胺/碳納米管復合電阻型薄膜氣敏元件及其制備方法。
背景技術：
近年來，由于在工業生產、家庭安全、環境監測和醫療等領域對氣體傳感器的精度、性能、穩定性方面的要求越來越高，因此對氣體傳感器的研究和開發也越來越重要。隨著先進科學技術的應用，氣體傳感器發展的趨勢是微型化、智能化和多功能化。由于有機高分子敏感材料具有材料豐富、成本低、制膜工藝簡單、易于與其它技術兼容、在常溫下工作，能夠向微型化、小型化發展等優點，已成為研究的熱點，引起各國科學家的廣泛關注和重視。聚苯胺作為一種典型的導電高分子材料，價格便宜，具有高的導電性和可逆的氧化還原、摻雜與解摻雜特性，以聚苯胺為敏感材料制備的氣體傳感器響應靈敏度高，選擇性比較好，在氣體傳感器領域具有良好的應用前景，發展迅速。然而，聚苯胺氣體傳感器也有其缺點，如回復時間 長，可逆性欠佳，而且聚苯胺加工性能差，這些都限制了對其進一步的研究和實際應用。為此，制備可以加工的聚苯胺復合材料為敏感材料的氣體傳感器引起了人們的關注。將聚苯胺與碳納米管進行復合制備可水分散的聚苯胺/碳納米管復合材料，以其作為敏感材料制備的氣體傳感器可以結合聚苯胺和碳納米管(大的比表面積，高電導率)的優點，加快響應和回復，同時提高響應靈敏度。
發明內容
本發明的目的是提供一種水分散聚苯胺/碳納米管復合電阻型薄膜氣敏元件及其制備方法。本發明的水分散聚苯胺/碳納米管復合電阻型薄膜氣敏元件在叉指金電極上連接有引線，在叉指金電極表面涂覆有氣敏薄膜，氣敏薄膜為聚苯胺和碳納米管的復合物。水分散聚苯胺/碳納米管復合電阻型薄膜氣敏元件的制作方法，包括以下步驟:I清洗叉指金電極，烘干備用。2配置聚苯乙烯磺酸的水溶液，其中聚苯乙烯磺酸的分子量為8000-100000，濃度為0.5 10mg/mL。將碳納米管在上述水溶液中超聲分散10 60min,再將經減壓蒸懼過的苯胺單體加入上述聚苯乙烯磺酸和碳納米管的混合水分散液中，用量為每升水溶液中加入碳納米管20 500mg，苯胺4 25mL，攪拌0.5 2h，得到A水溶液。然后加入濃度為
I 5mol/L的過硫酸銨水溶液，A水溶液與過硫酸銨水溶液的體積比為150: I 50: 1，在O 5°C攪拌混合反應5 12h,得到水分散聚苯胺/碳納米管復合材料的水溶液。3將步驟2)聚苯胺/碳納米管復合材料的水溶液旋涂于叉指電極表面，干燥后形成敏感膜，制成氣敏傳感器，敏感膜的厚度為2 50nm。上述叉指金電極的叉指寬度為20 200 μ m，叉指間隙為20 200 μ m。
本發明具有以下優點:I)采用綠色環保途徑，獲得了水分散性好的聚苯胺/碳納米管復合材料，解決了聚苯胺難以加工的缺點，可以方便的利用旋涂等方法在叉指金電極表面覆蓋一層聚苯胺/碳納米管復合薄膜，制備電阻型薄膜氣敏元件。2)所制備的水分散聚苯胺/碳納米管復合材料是通過在聚苯乙烯磺酸修飾的碳納米管表面原位聚合苯胺得到的，而不是簡單的物理共混。聚苯乙烯磺酸不僅能夠改善聚苯胺/碳納米管復合材料的水分散性能，還可以充當聚苯胺的摻雜劑，誘導苯胺的聚合發生在碳納米管表面，可以得到穩定均一的聚苯胺/碳納米管復合材料水分散液，因而明顯改善了聚苯胺與碳納米管的復合性能，提高了氣敏元件的一致性、穩定性和成品率。3)制備的水分散聚苯胺/碳納米管復合材料構成的氣體敏感膜，具有大比表面積，厚度比較薄，有利于檢測氣體的擴散滲透，對氨氣具有較高的靈敏度和快速響應。4)采用旋涂法制備氣敏元件，簡便易行，便于控制厚度，元件一致性好，成品率高，適于批量生產。本發明的氣敏元件具有體積小，成本低，使用方便等優點，可廣泛應用于工業生產、環境監測中對于氨氣的檢測。
具體實施例方式實施例1:I清洗叉指金電極， 烘干備用。2配置聚苯乙烯磺酸的水溶液，其中聚苯乙烯磺酸的分子量為80000，濃度為2mg/mL。將碳納米管在上述水溶液中超聲分散30min，再將經減壓蒸餾過的苯胺單體加入上述聚苯乙烯磺酸和碳納米管的混合水分散液中，用量為每升水溶液中加入碳納米管lOOmg，苯胺15mL,攪拌lh，得到A水溶液。然后加入濃度為2.5mol/L的過硫酸銨水溶液，A水溶液與過硫酸銨水溶液的體積比為100: 1，在O 5°C攪拌混合反應8h，得到水分散聚苯胺/碳納米管復合材料的水溶液。3將步驟2)聚苯胺/碳納米管復合材料的水溶液旋涂于叉指電極表面，干燥后形成敏感膜，制成氣敏傳感器，敏感膜的厚度為2 50nm。
權利要求
1.一種水分散聚苯胺/碳納米管復合電阻型薄膜氣敏元件，其特征在于:在叉指金電極上連接有引線，在叉指金電極表面涂覆有氣敏薄膜，氣敏薄膜為聚苯胺和碳納米管的復合物。
2.根據權利要求1所述的一種水分散聚苯胺/碳納米管復合電阻型薄膜氣敏元件，其特征在于叉指金電極的叉指寬度為20 200 μ m，叉指間隙為20 200 μ m。
3.根據權利要求1所述的一種水分散聚苯胺/碳納米管復合電阻型薄膜氣敏元件的制作方法，其特征在于: 1)清洗叉指金電極，烘干備用。
2)配置聚苯乙烯磺酸的水溶液，其中聚苯乙烯磺酸的分子量為8000-100000，濃度為·0.5 10mg/mL。將碳納米管在上述水溶液中超聲分散10 60min,再將經減壓蒸懼過的苯胺單體加入上述聚苯乙烯磺酸和碳納米管的混合水分散液中，用量為每升水溶液中加入碳納米管20 500 mg，苯胺4 25mL，攪拌0.5 2h，得到A水溶液。然后加入濃度為I ·5mol/L的過硫酸銨水溶液，A水溶液與過硫酸銨水溶液的體積比為150: I 50: 1，在·O 5°C攪拌混合反應5 12h，得到水分散聚苯胺/碳納米管復合材料的水溶液。
3)將步驟2)聚苯胺/碳納米管復合材料的水溶液旋涂于叉指電極表面，干燥后形成敏感膜，制成氣敏 傳感器， 敏感膜的厚度為2 50nm。
全文摘要
本發明公開了一種水分散聚苯胺/碳納米管復合電阻型薄膜氣敏元件及其制備方法，它是在叉指金電極上涂覆一層水分散聚苯胺/碳納米管復合敏感薄膜。其氣體敏感薄膜是由聚苯胺和碳納米管的復合物所組成。該方法制備工藝簡單，條件溫和，適用于批量生產。所制備的氣敏元件對氨氣具有測量范圍寬，響應靈敏度高，恢復性佳，線性好，在室溫下檢測等優點，可廣泛應用于工農業生產過程中及大氣環境中氨氣濃度的室溫精確測量。
文檔編號G01N27/04GK103235010SQ20131012780
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月15日 優先權日2013年4月15日
發明者黃晶, 羅靜, 姜思思, 趙偉, 劉仁, 劉曉亞 申請人:江南大學