本发明涉及一种气敏薄膜的制备方法。
背景技术：
自工业革命以来，人们的生活水平得到了极大的提高。在中国，经济社会的快速发展给我们带来了优越的居住环境和精致的生活必需品。越来越多的汽车出现在城市的道路上，给人们的出行带来便利；越来越多的机械化设备出现在田间和施工现场，使人们的劳动不在繁重。但凡事都有双面性，现代文明给我们带来的不仅仅是财富和优越的生活条件，它还不知不觉中破坏了我们的大自然，污染了我们的环境。工业废气、生活燃煤、汽车尾气是造成大气污染的罪魁祸首，而他们都与我们的生活息息相关。许多有毒有害气体对人类产生着危害，而我们人体本身对此些有害气体的辨别能力和认知能力都很有限。气敏薄膜可以被广泛应用于环境气体的测量，易燃易爆气体、有毒气体的检测报警等领域。高性能的气敏薄膜不仅能保障各项生产生活学习活动的顺利进行，还能检测大气环境，更能保证人们的健康和财产安全不受损害。所以各种高灵敏度、高选择性、长期稳定好的气敏薄膜的研发显得尤为重要。
技术实现要素：
要解决的技术问题：
提供一种气敏薄膜的制备方法，该薄膜对丙酮气体的敏感度随着浓度的增加而增加，气敏性佳，同时可重复利用性好。
技术方案：
本发明提供了一种气敏薄膜的制备方法，成分按重量份计，包括以下步骤：
(1)将2-5份硝酸铜、10-15份四氯化锡和20-30份去离子水混合搅拌5-10min，加入5-8份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、40-60份正己醇、100-150份环己烷，搅拌60-90min得乳液a；
(2)将2-3份浓氨水和10-15份去离子水混合，加入5-8份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、40-60份正己醇、100-150份环己烷，搅拌60-90min得乳液b；
(3)将清洗后的蝉翼浸渍在乙醇中5min，置于空气中晾干，浸渍于乳液a中2-3h；
(4)缓慢滴加乳液b，在转速300-400rpm下搅拌1-2h；
(5)离心后洗涤，烘干；
(6)放入马弗炉中，以1℃/min的升温速度升至550-650℃，恒温3h；
(7)自然冷却至室温后，研磨5-8h得蝉翼结构粉末c；
(8)将4-5份偏氟乙烯、1-2份三氟乙烯、0.2-0.4份蝉翼结构粉末c、1-2份羧甲基纤维素、10-15份n,n-二甲基甲酰胺和10-15份四氢呋喃混合，加热至60-65℃，搅拌3-4h得纺丝液；
(9)将纺丝液转移到注射器中进行静电纺丝得薄膜，其中，进液速度为0.12ml/h、纺丝电压为15-25kv、针头与接收辊筒距离为15-20cm、温度为29-30℃、湿度为30-40％rh；
(10)取2-3份蝉翼结构粉末c、5-6份碳纳米管、1-3份褐藻盐藻聚糖3-5份聚乙烯醇和20-30份去离子水混合，搅拌10-20min；
(11)喷涂于薄膜上，其中，气泵压力为0.1-0.2mpa；
(12)放入干燥箱中干燥即得气敏薄膜。
进一步的，所述蝉翼结构粉末c的粒径≤10μm。
进一步的，所述步骤(9)中薄膜厚度为20-60μm。
进一步的，所述步骤(9)中进液速度为0.12ml/h、纺丝电压为20kv、针头与接收辊筒距离为18cm、湿度为35％rh。
有益效果：
1.蝉翼结构是一种开放式的多孔结构，它由几丁质层和空气层周期性有序交替而成，内部孔结构与外界空气连通，呈高度开放状态。高度开放性为气体的进入提供了畅通的入口，而内部的多孔结构则不仅为气体快速传输提供大量通道，同时还能获得大的反应表面积以及进一步扩散的接触面积。从这个角度来讲，蝉翼的结构是一种理想的气敏材料结构。
2.本发明方法制备的气敏薄膜对丙酮气体的敏感度随着浓度的增加而增加，在10ppm浓度下其气体敏感度最高可达0.86，当浓度达到50ppm时，其敏感度最高可升至4.1，当浓度达到100ppm时，其敏感度最高可升至6.0，气敏性佳，同时可重复利用性好。
具体实施方式
下面的实施例可使本专业技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
实施例1
一种气敏薄膜的制备方法，成分按重量份计，包括以下步骤：
(1)将2份硝酸铜、10份四氯化锡和20份去离子水混合搅拌5min，加入5份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、40份正己醇、100份环己烷，搅拌60min得乳液a；
(2)将2份浓氨水和10份去离子水混合，加入5份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、40份正己醇、100份环己烷，搅拌60min得乳液b；
(3)将清洗后的蝉翼浸渍在乙醇中5min，置于空气中晾干，浸渍于乳液a中2-3h；
(4)缓慢滴加乳液b，在转速300rpm下搅拌1h；
(5)离心后洗涤，烘干；
(6)放入马弗炉中，以1℃/min的升温速度升至550℃，恒温3h；
(7)自然冷却至室温后，研磨5h得蝉翼结构粉末c；
(8)将4份偏氟乙烯、1份三氟乙烯、0.2份蝉翼结构粉末c、1份羧甲基纤维素、10份n,n-二甲基甲酰胺和10份四氢呋喃混合，加热至60℃，搅拌3h得纺丝液；
(9)将纺丝液转移到注射器中进行静电纺丝得薄膜，其中，进液速度为0.12ml/h、纺丝电压为15kv、针头与接收辊筒距离为15cm、温度为29℃、湿度为30％rh；
(10)取2份蝉翼结构粉末c、5份碳纳米管、1份褐藻盐藻聚糖3份聚乙烯醇和20份去离子水混合，搅拌10min；
(11)喷涂于薄膜上，其中，气泵压力为0.1mpa；
(12)放入干燥箱中干燥即得气敏薄膜。
实施例2
一种气敏薄膜的制备方法，成分按重量份计，包括以下步骤：
(1)将3份硝酸铜、12份四氯化锡和23份去离子水混合搅拌7min，加入6份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、45份正己醇、120份环己烷，搅拌70min得乳液a；
(2)将2.3份浓氨水和12份去离子水混合，加入6份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、45份正己醇、120份环己烷，搅拌70min得乳液b；
(3)将清洗后的蝉翼浸渍在乙醇中5min，置于空气中晾干，浸渍于乳液a中2.5h；
(4)缓慢滴加乳液b，在转速330rpm下搅拌1.5h；
(5)离心后洗涤，烘干；
(6)放入马弗炉中，以1℃/min的升温速度升至600℃，恒温3h；
(7)自然冷却至室温后，研磨6h得蝉翼结构粉末c；
(8)将4.3份偏氟乙烯、1.2份三氟乙烯、0.25份蝉翼结构粉末c、1.2份羧甲基纤维素、12份n,n-二甲基甲酰胺和12份四氢呋喃混合，加热至62℃，搅拌3.5h得纺丝液；
(9)将纺丝液转移到注射器中进行静电纺丝得薄膜，其中，进液速度为0.12ml/h、纺丝电压为18kv、针头与接收辊筒距离为17cm、温度为29℃、湿度为35％rh；
(10)取2.3份蝉翼结构粉末c、5.5份碳纳米管、1.5份褐藻盐藻聚糖、3.5份聚乙烯醇和23份去离子水混合，搅拌13min；
(11)喷涂于薄膜上，其中，气泵压力为0.15mpa；
(12)放入干燥箱中干燥即得气敏薄膜。
实施例3
一种气敏薄膜的制备方法，成分按重量份计，包括以下步骤：
(1)将3.5份硝酸铜、13份四氯化锡和25份去离子水混合搅拌8min，加入6.5份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、50份正己醇、130份环己烷，搅拌75min得乳液a；
(2)将2.5份浓氨水和13份去离子水混合，加入6.5份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、50份正己醇、130份环己烷，搅拌75min得乳液b；
(3)将清洗后的蝉翼浸渍在乙醇中5min，置于空气中晾干，浸渍于乳液a中2.5h；
(4)缓慢滴加乳液b，在转速350rpm下搅拌1.5h；
(5)离心后洗涤，烘干；
(6)放入马弗炉中，以1℃/min的升温速度升至600℃，恒温3h；
(7)自然冷却至室温后，研磨6.5h得蝉翼结构粉末c；
(8)将4.5份偏氟乙烯、1.5份三氟乙烯、0.3份蝉翼结构粉末c、1.5份羧甲基纤维素、13份n,n-二甲基甲酰胺和13份四氢呋喃混合，加热至63℃，搅拌3.5h得纺丝液；
(9)将纺丝液转移到注射器中进行静电纺丝得薄膜，其中，进液速度为0.12ml/h、纺丝电压为20kv、针头与接收辊筒距离为18cm、温度为30℃、湿度为35％rh；
(10)取2.5份蝉翼结构粉末c、5.5份碳纳米管、2份褐藻盐藻聚糖4份聚乙烯醇和25份去离子水混合，搅拌15min；
(11)喷涂于薄膜上，其中，气泵压力为0.15mpa；
(12)放入干燥箱中干燥即得气敏薄膜。
实施例4
一种气敏薄膜的制备方法，成分按重量份计，包括以下步骤：
(1)将4份硝酸铜、14份四氯化锡和28份去离子水混合搅拌9min，加入7份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、55份正己醇、140份环己烷，搅拌80min得乳液a；
(2)将2.8份浓氨水和14份去离子水混合，加入7份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、55份正己醇、140份环己烷，搅拌80min得乳液b；
(3)将清洗后的蝉翼浸渍在乙醇中5min，置于空气中晾干，浸渍于乳液a中2.5h；
(4)缓慢滴加乳液b，在转速380rpm下搅拌1.5h；
(5)离心后洗涤，烘干；
(6)放入马弗炉中，以1℃/min的升温速度升至550-650℃，恒温3h；
(7)自然冷却至室温后，研磨7h得蝉翼结构粉末c；
(8)将4.8份偏氟乙烯、1.8份三氟乙烯、0.35份蝉翼结构粉末c、1.8份羧甲基纤维素、14份n,n-二甲基甲酰胺和14份四氢呋喃混合，加热至64℃，搅拌3.5h得纺丝液；
(9)将纺丝液转移到注射器中进行静电纺丝得薄膜，其中，进液速度为0.12ml/h、纺丝电压为20kv、针头与接收辊筒距离为19cm、温度为30℃、湿度为35％rh；
(10)取2.8份蝉翼结构粉末c、5.5份碳纳米管、2.5份褐藻盐藻聚糖4.5份聚乙烯醇和28份去离子水混合，搅拌18min；
(11)喷涂于薄膜上，其中，气泵压力为0.15mpa；
(12)放入干燥箱中干燥即得气敏薄膜。
实施例5
一种气敏薄膜的制备方法，成分按重量份计，包括以下步骤：
(1)将5份硝酸铜、15份四氯化锡和30份去离子水混合搅拌10min，加入8份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、60份正己醇、150份环己烷，搅拌90min得乳液a；
(2)将3份浓氨水和15份去离子水混合，加入5-8份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、60份正己醇、150份环己烷，搅拌90min得乳液b；
(3)将清洗后的蝉翼浸渍在乙醇中5min，置于空气中晾干，浸渍于乳液a中2-3h；
(4)缓慢滴加乳液b，在转速400rpm下搅拌2h；
(5)离心后洗涤，烘干；
(6)放入马弗炉中，以1℃/min的升温速度升至650℃，恒温3h；
(7)自然冷却至室温后，研磨8h得蝉翼结构粉末c；
(8)将5份偏氟乙烯、2份三氟乙烯、0.4份蝉翼结构粉末c、2份羧甲基纤维素、15份n,n-二甲基甲酰胺和15份四氢呋喃混合，加热至65℃，搅拌4h得纺丝液；
(9)将纺丝液转移到注射器中进行静电纺丝得薄膜，其中，进液速度为0.12ml/h、纺丝电压为25kv、针头与接收辊筒距离为20cm、温度为30℃、湿度为40％rh；
(10)取3份蝉翼结构粉末c、6份碳纳米管、3份褐藻盐藻聚糖3-5份聚乙烯醇和30份去离子水混合，搅拌20min；
(11)喷涂于薄膜上，其中，气泵压力为0.2mpa；
(12)放入干燥箱中干燥即得气敏薄膜。
气敏性能测试：将本发明薄膜粘在测试装置的电极铜棒上，并置于空锥形瓶中待电信号稳定后再开始收集电阻信号。测试时，分别将测试试样放入盛有100ml丙酮和空锥形瓶中各150s，将其定义为一个循环周期。同时使用计算机收集记录试样的电阻变化信号。
表1气敏薄膜对丙酮气体的敏感性
本发明方法制备的气敏薄膜对丙酮气体的敏感性如下，我们可以看到其对丙酮气体的敏感度随着浓度的增加而增加，在10ppm浓度下其气体敏感度最高可达0.86，当浓度达到50ppm时，其敏感度最高可升至4.1，当浓度达到100ppm时，其敏感度最高可升至6.0，气敏性佳，同时可重复利用性好。