一种基于纳米线阵列的柔性织物气体传感器及其制备方法

本发明属于低检测限二氧化氮气体检测传感器，具体涉及一种基于纳米线阵列的柔性织物气体传感器及其制备方法。

背景技术：

1、气体检测下限水平是评价气体传感器性能优劣的重要指标，一般而言，气体浓度越低，检测难度越大。对于人体有剧毒危险性的no2气体而言，很低浓度的no2气体即可对人体健康造成严重损害，因此，提高传感器在室温下对no2气体的检测下限和响应特性，有利于进一步提升工业安全生产水平和保护人民生命健康安全。

2、但是目前no2气体的低检测限水平普遍在ppm级以上，针对亚ppm级的研究很少，而且柔性传感器结构普遍为平面薄膜型，尺寸较大而难以适应在小型复杂结构件表面的共形安装。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于纳米线阵列的柔性织物气体传感器及其制备方法，以克服现有传感器尺寸较大而难以适应在小型复杂结构件表面的共形安装，无法满足亚ppm级no2气体检测要求的问题。

2、一种基于纳米线阵列的柔性织物气体传感器的制备方法，包括以下步骤：

3、在尼龙纤维表面附着形成rgo薄膜；

4、然后在尼龙纤维表面的rgo薄膜外层生长zno-nws阵列；

5、最后在尼龙纤维表面的zno-nws阵列外层生长复合材料层得到柔性织物气体传感器，复合材料层采用氧化石墨烯/氧化铜复合材料层或氧化铜/氧化石墨烯/氧化亚铜纳米颗粒复合材料层。

6、优选的，通过直接浸润法在柔性尼龙纤维织物表面附着形成rgo薄膜。

7、优选的，采用水溶液化学法在尼龙纤维表面的rgo薄膜外层生长zno-nws阵列，整个生长过程中需保持纤维维持垂直状态。

8、优选的，在尼龙纤维表面附着形成rgo薄膜具体过程为：

9、将尼龙纤维进行清洗去除其表面灰尘杂质，然后将清洗后的尼龙纤维直接浸润在rgo溶液中，并通过超声处理后在尼龙纤维表面附着形成rgo薄膜。

10、优选的，在尼龙纤维表面的rgo薄膜外层生长zno-nws阵列，具体过程为；

11、将表面附着有rgo薄膜的尼龙纤维浸润在zno籽晶种子液中，进行退火处理在在尼龙纤维表面的rgo薄膜外层形成zno籽晶层；

12、然后将生长有zno籽晶层的尼龙纤维浸润在生长液中，在水浴中进行生长即得到柔性织物气体传感器。

13、优选的，zno籽晶种子液采用氢氧化钠(naoh)和醋酸锌(zn(ch3coo)2·2h2o)的混合液；将氢氧化钠(naoh)和醋酸锌(zn(ch3coo)2·2h2o)分别在无水乙醇中进行完全溶解，然后将氢氧化钠无水乙醇溶液和醋酸锌无水乙醇溶液进行混合得到种子液，然后将种子液在水浴加热中调整至1mm/l的溶液，即为zno籽晶种子液。

14、优选的，氢氧化钠(naoh)和醋酸锌(zn(ch3coo)2·2h2o)质量比为1：(2.7-3)，naoh粉末纯度≥96％；zn(ch3coo)2·2h2o粉末纯度≥99％。

15、优选的，在尼龙纤维表面的zno-nws阵列外层生长复合材料层得到柔性织物气体传感器中所采用的复合材料中cuo纳米粒子固含量为50wt％-75wt％。

16、优选的，在尼龙纤维表面的zno-nws阵列外层生长复合材料层得到柔性织物气体传感器中所采用的复合材料中cuo纳米粒子固含量为67wt％。

17、一种基于上述纳米线阵列的柔性织物气体传感器的制备方法得到的柔性织物气体传感器，包括尼龙纤维，尼龙纤维的表面生长有rgo薄膜层，生长有rgo薄膜层的尼龙纤维外层设置有zno-nws阵列，zno-nws阵列的外层生长有复合材料层。

18、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

19、本发明提供一种基于纳米线阵列的柔性织物气体传感器的制备方法，以具有良好抗弯曲拉伸能力的尼龙纤维作为传感器的基底，在尼龙纤维表面附着rgo薄膜，不仅可以使尼龙纤维获得优异的导电性，也可以作为zno-nws阵列的生长基底，而在rgo薄膜表面生长的zno-nws阵列结构可以作为复合材料的附着基底，形成复合材料气敏薄膜，整体形成基于纳米线阵列的柔性织物no2气体传感器，氧化石墨烯/氧化铜(rgo/cuo)复合材料层或氧化铜/氧化石墨烯/氧化亚铜(cuo/rgo/cu2o)纳米复合材料层在吸附no2气体后会导致其自身电阻的降低，从而建立一种传感器电阻和不同no2气体浓度之间的变化关系，进而实现对no2气体的室温检测。本发明使用p型cuo纳米材料对同样为p型的rgo材料进行掺杂修饰改性，两种电学性质、功能函数等不同的半导体材料会形成特殊的气敏结构单元(p-p异质结构)，可以有效提高气敏材料的催化氧化活性，有利于改善传感器对no2气体的室温响应特性。

20、优选的，表面附着有rgo薄膜的尼龙纤维需要垂直浸润在种子液和生长液中反应，避免尼龙纤维弯曲而导致的不规律生长。

技术特征：

1.一种基于纳米线阵列的柔性织物气体传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于纳米线阵列的柔性织物气体传感器的制备方法，其特征在于，通过直接浸润法在柔性尼龙纤维织物表面附着形成rgo薄膜。

3.根据权利要求1所述的一种基于纳米线阵列的柔性织物气体传感器的制备方法，其特征在于，采用水溶液化学法在尼龙纤维表面的rgo薄膜外层生长zno-nws阵列，整个生长过程中需保持纤维维持垂直状态。

4.根据权利要求1所述的一种基于纳米线阵列的柔性织物气体传感器的制备方法，其特征在于，在尼龙纤维表面附着形成rgo薄膜具体过程为：

5.根据权利要求1所述的一种基于纳米线阵列的柔性织物气体传感器的制备方法，其特征在于，在尼龙纤维表面的rgo薄膜外层生长zno-nws阵列，具体过程为；

6.根据权利要求5所述的一种基于纳米线阵列的柔性织物气体传感器的制备方法，其特征在于，zno籽晶种子液采用氢氧化钠(naoh)和醋酸锌(zn(ch3coo)2·2h2o)的混合液；将氢氧化钠(naoh)和醋酸锌(zn(ch3coo)2·2h2o)分别在无水乙醇中进行完全溶解，然后将氢氧化钠无水乙醇溶液和醋酸锌无水乙醇溶液进行混合得到种子液，然后将种子液在水浴加热中调整至1mm/l的溶液，即为zno籽晶种子液。

7.根据权利要求6所述的一种基于纳米线阵列的柔性织物气体传感器的制备方法，其特征在于，氢氧化钠(naoh)和醋酸锌(zn(ch3coo)2·2h2o)质量比为1：(2.7-3)，naoh粉末纯度≥96％；zn(ch3coo)2·2h2o粉末纯度≥99％。

8.根据权利要求1所述的一种基于纳米线阵列的柔性织物气体传感器的制备方法，其特征在于，在尼龙纤维表面的zno-nws阵列外层生长复合材料层得到柔性织物气体传感器中所采用的复合材料中cuo纳米粒子固含量为50wt％-75wt％。

9.根据权利要求8所述的一种基于纳米线阵列的柔性织物气体传感器的制备方法，其特征在于，在尼龙纤维表面的zno-nws阵列外层生长复合材料层得到柔性织物气体传感器中所采用的复合材料中cuo纳米粒子固含量为67wt％。

10.一种基于权利要求1所示纳米线阵列的柔性织物气体传感器的制备方法得到的柔性织物气体传感器，其特征在于，包括尼龙纤维，尼龙纤维的表面生长有rgo薄膜层，生长有rgo薄膜层的尼龙纤维外层设置有zno-nws阵列，zno-nws阵列的外层生长有复合材料层。

技术总结
本发明公开了一种基于纳米线阵列的柔性织物气体传感器及其制备方法，以具有良好抗弯曲拉伸能力的尼龙纤维作为传感器的基底，在尼龙纤维表面附着RGO薄膜，不仅可以使尼龙纤维获得优异的导电性，也可以作为ZnO‑NWs阵列的生长基底，而在RGO薄膜表面生长的ZnO‑NWs阵列结构可以作为复合材料的附着基底，形成基于纳米线阵列的柔性织物NO<subgt;2</subgt;气体传感器，建立一种传感器电阻和不同NO<subgt;2</subgt;气体浓度之间的变化关系，进而实现对NO<subgt;2</subgt;气体的室温检测。使用P型CuO纳米材料对同样为P型的RGO材料进行掺杂修饰改性，两种电学性质、功能函数等不同的半导体材料会形成特殊的气敏结构单元(P‑P异质结构)，可以有效提高气敏材料的催化氧化活性，有利于改善传感器对NO<subgt;2</subgt;气体的室温响应特性。

技术研发人员：张福政,林启敬,毛琦,仙丹,杨昊霖,赵立波,张南,蒋庄德
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27