本发明涉及敏感材料及传感器领域，特别是涉及一种基于导电聚合物的电磁化学传感器及其制备方法。
背景技术：
导电聚合物是指具有导电性能的一类功能聚合物。经过化学和电化学等方法掺杂后该聚合物的导电性明显提高，同时具有一价的对阴离子或对阳离子。这种高聚物具有与金属的电学、磁学和光学相似的性能，同时又保留了传统的高聚物的机械性能和可加工性能。导电聚合物分子室温电导率可以在绝缘体―半导体―金属态范围内变化，因此它在技术上呈现多种诱人前景。
由于高电导率、热导率等特性，传统的铜材料一直作为电磁器件的首选材料，但是铜材料的自身缺陷如：载流子表面效应、环境污染及稀缺等，使得人们开始寻找普通铜材料的代替者。近年来，高导电性聚合物的电磁性能受到人们的广泛关注。由于导电聚合物中载流子的多样性，使得该种材料体现出较高的霍尔效应系数，同时导电聚合物良好的加工性能及生物匹配性使得其在柔性有机电磁器件上有着诱人的发展前景。另外，导电聚合物不仅可以掺杂，而且还可以去掺杂，并且掺杂/去掺杂的过程完全可逆，这使得基于导电聚合物的电磁器件可以体现出对环境变化的响应特性，从而可以开发基于其电磁器件的传感器，实现对外界环境变化如：气体、温度、酸碱性等的高选择、高灵敏度和重复性好的检测。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种制备工艺简单可控、成本低廉的基于导电聚合物的电磁化学传感器及其制备方法。
为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：
一种基于导电聚合物的电磁化学传感器的制备方法，包括如下步骤：
(1)将含有三价铁离子或过硫酸根的氧化剂与阳离子聚电解质混合，获得均匀氧化剂/高分子聚合物混合液；
(2)将氧化剂/高分子聚合物混合液制备为氧化剂/高分子聚合物线圈结构；
(3)将氧化剂/高分子聚合物线圈结构进行热处理，获得具有自支撑效果的氧化剂/高分子聚合物线圈结构；
(4)将上述氧化剂/高分子聚合物线圈置于单体气氛中发生聚合，获得导电聚合物/高分子聚合物线圈结构；
(5)将导电聚合物/高分子聚合物线圈结构两端制备电极，从而获得一种基于导电聚合物的电磁化学传感器。
作为优选方式，自支撑效果是指不需要额外的基底和框架支撑，在自然状态下能保持结构形状不发生变化的特征。
作为优选方式，所述氧化剂为三氯化铁、甲基苯磺酸铁、过硫酸铵其中的一种。
作为优选方式，所述阳离子聚电解质为聚苯乙烯磺酸，羟丙基甲基纤维素、聚二烯丙基二甲基氯化铵、聚丙烯酸水溶液、聚乙烯吡啶丁基季铵其中的一种。
作为优选方式，步骤(2)中制备线圈结构的方法为3d打印方法。
作为优选方式，步骤(3)中的热处理为将线圈结构置于195-210℃的水蒸气环境中，处理时间为5～10分钟。
作为优选方式，步骤(4)中的单体为噻吩、3,4-乙烯二氧噻吩、苯胺、吡咯的共轭聚合单体中的一种。
作为优选方式，步骤(5)制备的电极为采用真空蒸镀方法制备的金、银、铜薄膜。
为实现上述发明目的，本发明还提供一种上述制备方法得到的基于导电聚合物的电磁化学传感器。
本发明不同于现有导电聚合物电磁化学传感器的制备方法，其中电磁线圈材料为导电聚合物与高分子电解质的复合材料，通过3d打印、热处理及化学气相沉积的方式获得具有自支撑特性的传感器线圈结构，通过外界环境变化的刺激来调控线圈中电流的大小，由于电流的变化最终导致线圈周围磁场的变化，实现对外界物理、化学变化量的检测；，该传感器结构具有良好的自支撑特性和柔韧性，可以作为柔性电磁化学传感器的敏感单元，并实现集成化和阵列化。
本发明的有益结果如下：
(1)本发明的电磁传感器线圈结构材料采用导电聚合物与高粘度的高分子电解质材料复合的方式，增强了材料的可加工性，可以利用3d打印的方式任意调整线圈结构及圈数，线圈结构的可从复性强。
(2)本发明通过热处理的方式，实现了导电聚合物在复合材料中的良好分散，从而可以保证复合材料仍然具有高电导率和高霍尔效应系数，从而保证该种复合材料可以作为电磁传感器的敏感单元
(3)本发明制备过程相比于其他制备过程，可与现有的聚合物电子器件的制备工艺良好兼容，具有制备柔性可穿戴电磁器件的广阔应用前景。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
实施例1：
步骤1：
取甲基苯磺酸铁15mg，聚二烯丙基二甲基氯化铵10mg，加入80ml二甲基亚砜溶液中，采用磁力加热搅拌30分钟，获得甲基苯磺酸铁/聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液。
步骤2：
取20ml甲基苯磺酸铁/聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液并加入3d打印机的针头腔体中，按预设线圈图案打印甲基苯磺酸铁/聚二烯丙基二甲基氯化铵线圈结构，打印速率为1mm/min。
步骤3：
将甲基苯磺酸铁/聚二烯丙基二甲基氯化铵线圈置于195℃含水蒸气的烘箱中进行热处理，水蒸汽汽压为0.5mpa，处理时间为5分钟。
步骤4：
将甲基苯磺酸铁/聚二烯丙基二甲基氯化铵线圈置于噻吩单体气氛中，噻吩单体发生聚合，聚合温度为30℃，获得聚噻吩/聚二烯丙基二甲基氯化铵线圈结构。
步骤5：将聚噻吩/聚二烯丙基二甲基氯化铵线圈置于真空蒸镀设备中，在线圈头围采用真空蒸镀方法制备金电极，电极为厚度200nm的薄膜。最终获得基于聚噻吩/聚二烯丙基二甲基氯化铵线圈的电磁化学传感器。
实施例2：
步骤1：
取甲基苯磺酸铁15mg，聚二烯丙基二甲基氯化铵10mg，加入80ml二甲基亚砜溶液中，采用磁力加热搅拌30分钟，获得甲基苯磺酸铁/聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液。
步骤2：
取20ml甲基苯磺酸铁/聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液并加入3d打印机的针头腔体中，按预设线圈图案打印甲基苯磺酸铁/聚二烯丙基二甲基氯化铵线圈结构，打印速率为1mm/min。
步骤3：
将甲基苯磺酸铁/聚二烯丙基二甲基氯化铵线圈置于210℃含水蒸气的烘箱中进行热处理，水蒸汽汽压为0.5mpa，处理时间为10分钟。
步骤4：
将甲基苯磺酸铁/聚二烯丙基二甲基氯化铵线圈置于3,4-乙烯二氧噻吩单体气氛中，3,4-乙烯二氧噻吩单体发生聚合，聚合温度为50℃，获得聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚二烯丙基二甲基氯化铵线圈结构。
步骤5：将聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚二烯丙基二甲基氯化铵线圈置于真空蒸镀设备中，在线圈头围采用真空蒸镀方法制备银电极，电极为厚度200nm的薄膜。最终获得基于聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚二烯丙基二甲基氯化铵线圈的电磁化学传感器。
实施例3：
步骤1：
取三氯化铁15mg，羟丙基甲基纤维素15mg，加入70ml二甲基甲酰胺中，采用磁力加热搅拌30分钟，获得甲基苯磺酸铁/聚苯乙烯磺酸溶液。
步骤2：
取20ml三氯化铁/羟丙基甲基纤维素溶液并加入3d打印机的针头腔体中，按预设线圈图案打印三氯化铁/羟丙基甲基纤维素线圈结构，打印速率为1mm/min。
步骤3：
将三氯化铁/羟丙基甲基纤维素线圈置于200℃含水蒸气的烘箱中进行热处理，水蒸汽汽压为0.7mpa，处理时间为6分钟。
步骤4：
将三氯化铁/羟丙基甲基纤维素线圈置于3,4-乙烯二氧噻吩单体气氛中，3,4-乙烯二氧噻吩单体发生聚合，聚合温度为50℃，获得聚3,4-乙烯二氧噻吩/羟丙基甲基纤维素线圈结构。
步骤5：将聚3,4-乙烯二氧噻吩/羟丙基甲基纤维素线圈置于真空蒸镀设备中，在线圈头围采用真空蒸镀方法制备铜电极，电极为厚度200nm的薄膜。最终获得基于聚3,4-乙烯二氧噻吩/羟丙基甲基纤维素线圈的电磁化学传感器。
实施例4：
步骤1：
取甲基苯磺酸铁15mg，聚丙烯酸水溶液15mg，加入70ml二甲基甲酰胺中，采用磁力加热搅拌30分钟，获得甲基苯磺酸铁/聚丙烯酸溶液。
步骤2：
取20ml甲基苯磺酸铁/聚丙烯酸溶液并加入3d打印机的针头腔体中，按预设线圈图案打印甲基苯磺酸铁/聚丙烯酸线圈结构，打印速率为1mm/min。
步骤3：
将甲基苯磺酸铁/聚丙烯酸线圈置于205℃含水蒸气的烘箱中进行热处理，水蒸汽汽压为0.7mpa，处理时间为7分钟。
步骤4：
将甲基苯磺酸铁/聚丙烯酸线圈置于噻吩单体气氛中，噻吩单体发生聚合，聚合温度为50℃，获得聚噻吩/聚丙烯酸线圈结构。
步骤5：将聚噻吩/聚丙烯酸线圈置于真空蒸镀设备中，在线圈头围采用真空蒸镀方法制备金电极，电极为厚度200nm的薄膜。最终获得基于聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚丙烯酸线圈的电磁化学传感器。
实施例5：
步骤1：
取过硫酸铵20mg，聚乙烯吡啶丁基季铵20mg，加入100ml正丁醇中，采用磁力加热搅拌30分钟，获得过硫酸铵/聚乙烯吡啶丁基季铵溶液。
步骤2：
取20ml过硫酸铵/聚乙烯吡啶丁基季铵溶液并加入3d打印机的针头腔体中，按预设线圈图案打印过硫酸铵/聚苯乙烯磺酸线圈结构，打印速率为1mm/min。
步骤3：
将过硫酸铵/聚乙烯吡啶丁基季铵线圈置于200℃含水蒸气的烘箱中进行热处理，水蒸汽汽压为0.65mpa，处理时间为8分钟。
步骤4：
将过硫酸铵/聚乙烯吡啶丁基季铵线圈置于苯胺单体气氛中，苯胺单体发生聚合，聚合温度为60℃，获得聚苯胺/聚乙烯吡啶丁基季铵线圈结构。
步骤5：将聚噻吩/聚乙烯吡啶丁基季铵线圈置于真空蒸镀设备中，在线圈头围采用真空蒸镀方法制备银电极，电极为厚度200nm的薄膜。最终获得基于聚苯胺/聚乙烯吡啶丁基季铵线圈的电磁化学传感器。
实施例6：
步骤1：
取过硫酸铵20mg，聚苯乙烯磺酸20mg，加入100ml正丁醇中，采用磁力加热搅拌30分钟，获得过硫酸铵/聚苯乙烯磺酸溶液。
步骤2：
取20ml过硫酸铵/聚苯乙烯磺酸溶液并加入3d打印机的针头腔体中，按预设线圈图案打印过硫酸铵/聚苯乙烯磺酸线圈结构，打印速率为1mm/min。
步骤3：
将过硫酸铵/聚苯乙烯磺酸线圈置于210℃含水蒸气的烘箱中进行热处理，水蒸汽汽压为0.65mpa，处理时间为9分钟。
步骤4：
将过硫酸铵/聚苯乙烯磺酸线圈置于吡咯单体气氛中，吡咯单体发生聚合，聚合温度为25℃，获得聚吡咯/聚苯乙烯磺酸线圈结构。
步骤5：将聚吡咯/聚苯乙烯磺酸线圈置于真空蒸镀设备中，在线圈头围采用真空蒸镀方法制备铜电极，电极为厚度200nm的薄膜，最终获得基于聚吡咯/聚苯乙烯磺酸线圈的电磁化学传感器。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。