一种非水体系一体化3D电化学传感器的制备方法

：本发明涉及一种非水体系一体化3d电化学传感器的制备方法。

背景技术

0、
背景技术：

1、由人类在生产和生活活动中向大气排出的、或使大气产生的有害气体有数十种之多。工业生产、煤炭燃烧、交通运输等产生大量有害气体，对人体、动植物、工农业生产和气候生态造成恶劣影响。气体检测在生产生活中有着非常重要的作用，是杜绝事故、保证安全生产能够顺利进行的关键，是生产人员与周边群众安全的保障。

2、电化学气体传感器是把测量目标气体在电极表面进行氧化或者还原反应，测得工作电极和对电极之间的电流，进而实现对测量目标气体浓度的测量，通常包括工作电极和感应电极。电化学气体传感器已经广泛应用于工业环境、密闭环境、大气等气体种类和浓度的检测。目前市面上常见的电化学气体传感器多为腔室结构，有两电极、三电极和四电极体系，其中两电极和三电极结构较为常见。目前的电化学传感器多为腔室结构，用于盛放电解液，结构复杂，不便携，成本高，维修困难，不适于随身携带使用。

3、如：中国专利文献cn212622367u公开了一种电化学气体传感器，包括：内部构成有用于存放电解液的容腔的金属容器；安装于金属容器中的催化片及扩散片组件；安装于金属容器上并位于电解液的上方的支撑组件，通过支撑组件将催化片、扩散片组件与容腔中的电解液分隔，且支撑组件上开设有用于电解液向上扩散的穿孔；安装于金属容器上的用于吸收外界水汽的碳包组件；以及安装于金属容器顶部以及底部的电极片组，该传感器结构复杂，不便携，成本高，维修困难。

4、基于挤出的三维(3d)打印是一种潜在的电极制造途径，在可制造性方面既低成本又简单。3d打印作为制造高性能储能设备的可持续途径越来越重要。3d打印可实现定制的电极设计。重要的是，3d打印技术可以通过简单的调整打印层数、改变打印喷嘴、修改打印速度和打印压力等来控制电极厚度。3d打印电极具有制作迅速简单、体积小、方便携带等优点。

5、
技术实现要素：

6、针对现有技术的不足，本发明提供一种非水体系一体化3d电化学传感器的制备方法。

技术实现思路

0、发明概述：

1、本发明先在基板上3d打印制备电极，然后在电极上打印3d打印网格体作为电解池，网格体的网孔内设置有离子液体作为电解液，形成非水体系一体化3d电化学传感器，实现电极、电解液、检测物一体化。网格方体容纳离子液体，脱离常规溶液体系，可以实现打印电极免维护，所得电极更容易制造，成本更低，打印速度大幅提高，3d打印电极更平滑，性能也有相对提升，得到的电化学传感器用于检测硫化氢、二氧化氮、二氧化硫等有害气体，具有成本低、响应快等优点。

2、发明详述：

3、本发明是通过如下技术方案实现的：

4、一种非水体系一体化3d电化学传感器的制备方法，电化学传感器包括基板，基板上设置3d打印电极，在3d打印电极上设置有3d打印网格体与电极接触，3d打印网格体内形成有若干并列布置为多排的网孔，网孔内填充有离子液体；

5、制备方法，包括步骤如下：

6、1)提供一基板；

7、2)将电极打印材料装入注射料筒，采用3d打印机系统进行挤压法打印，在基板上打印得到电极；

8、3)将网格体打印材料装入注射料筒，采用3d打印机系统进行挤压法打印，在电极上打印得到网格体，网格体与电极接触；

9、4)在网格体的网孔内填充离子液体，形成非水体系一体化3d电化学传感器。

10、根据本发明优选的，步骤1)中，基底为纸、毛玻璃、pet或pc膜。

11、根据本发明优选的，步骤2)中，电极打印材料为石墨烯导电油墨、金属或导电高分子材料。

12、根据本发明优选的，步骤2)中，电极为两电极或三电极体系。

13、根据本发明优选的，步骤3)中，网格体的网孔大小为0.5-500微米。

14、根据本发明优选的，步骤3)中，网格体的网孔上下贯通，容纳离子液体，并与电极接触。

15、根据本发明优选的，步骤3)中，网格体为整体均布网孔的网格体，或者网格体为，中心设置有锥形通孔，锥形通孔的周围均布网孔，网孔的高度与锥形通孔一致。

16、根据本发明优选的，步骤3)中，网格体外形为方形体或其他形状。

17、根据本发明优选的，步骤3)中，网格体打印材料为可用于3d打印的非水溶性高分子材料。

18、根据本发明优选的，步骤3)中，网格体打印材料为聚乙烯pe、聚丙烯pp、聚碳酸酯、聚乳酸pla、聚己内酯pcl、尼龙或聚酰胺。

19、采用3d打印机系统进行挤压法按现有技术进行。

20、根据本发明优选的，步骤3)中，网格体全部覆盖电极或覆盖一部分电极。

21、根据本发明优选的，步骤4)中，离子液体填满网格体的网孔。

22、根据本发明优选的，步骤4)中，所述的离子液体为咪唑类离子液体、吡啶类离子液体、季铵盐类离子液体、季鏻盐类离子液体、alcl3型离子液体、非alcl3型离子液体、酸功能化离子液体、碱功能化离子液体或中性离子液体。

23、根据本发明优选的，步骤4)中，所述的离子液体为咪唑类离子液体或吡啶类离子液体。

24、最为优选的，步骤4)中，离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酸酰亚胺盐或1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐。

25、本发明极低的蒸汽压可保证在大气环境中的稳定性，为长期免维护电化学电极提供稳定的电解液。

26、一种非水体系一体化3d电化学传感器，采用上述方法制备得到。

27、上述非水体系一体化3d电化学传感器的应用，用于电化学检测有害气体、voc或空气湿度。

28、根据本发明优选的，上述非水体系一体化3d电化学传感器的应用，用于电化学检测硫化氢、二氧化氮或二氧化硫。

29、根据本发明优选的，本发明的电极可以作为远程监控的一部分进入设计，包括但不限于无人机、无人值守空气监测站等。

30、本发明技术特点及优点：

31、1、本发明先在基板上3d打印制备电极，然后在电极上打印3d打印网格体作为电解池，网格体的网孔内设置有离子液体作为电解液，形成非水体系一体化3d电化学传感器，实现电极、电解液、检测物一体化；微米级别的网孔通过毛细管作用力，确保传感器在无论倾斜还是倒置，可保持离子液体在网孔内不被溢出。同时，空气中检测物可以进入离子液体内部，从而产生化学检测信号，由此实现电极、电解液、检测物一体化，与无线设备结合，可实现远程、免维护检测；方法简便、易于规模化生产，对未来电化学检测的实际应用具有很大的前景。

32、2、本发明采用3d打印方法代替传统的涂布方法，能够精确地控制电极的形状大小和厚度。网格体网孔大小在微米到毫米之间可调，将离子液体注入网格网孔，在毛细管作用力作用下不溢出，同时，离子液体在空气中极难挥发特性，是的三位一体的电极能更长时间保持稳定，能够吸收空气中的no2等有害气体，在电极表面反应，从而实现非水体系的电化学检测。

33、3、本发明制备的一体化3d电化学传感器能够远程、免维护检测识别气体，该方法高效、方便、省时，可简便快速的检测有害气体。