扫描电镜照片；
图3是本发明实施例制备的传感器对于低浓度氨气的响应测试结果图。
【具体实施方式】
[0017]
以下结合附图和实施例进一步说明，本发明的方法部分是由静电纺丝和水热处理两个步骤共同组成，所述静电纺丝纺丝液为助纺剂和氧化锌前驱体共同组成。所述的静电纺丝技术能够使得半导体氧化锌前驱体以纳米纤维的形式均匀沉积到基底表面上，水热处理技术可以使得半导体氧化锌前驱体在压力和温度的双重作用下发生转变，在基底表面原位生长出氧化锌纳米片层。两个步骤一前一后，相辅相成，缺一不可。原位生长出的氧化锌纳米结构与基底接触良好，呈现欧姆接触性质，特别适用于制备气敏传感器，尤其是柔性气敏传感器。
[0018]实施例1
本发明的方法，包括以下步骤:
①配制醋酸锌和聚乙烯醇的混合溶液，即纺丝液，水为溶剂，所述醋酸锌的浓度为100mg/mL，聚乙稀醇浓度为100 mg/mL ;其中醋酸锌可以是任意一种能溶于纺丝液溶剂，且与助纺剂有良好相容性的金属盐，包括但不限于醋酸锌、硝酸锌、氯化锌；聚乙烯醇可以是任意一种或者多种可纺丝的水溶性聚合物，包括但不限于聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、聚乙二醇、聚丙烯酸。
[0019]②将步骤①中的静电纺丝液在流速为0.2 mL/h ;接收距离为13 cm;纺丝电压为13 kV;接收时间为5 min的静电纺丝条件下以纳米纤维的形式沉积到陶瓷基底上；其中基底可以是柔性材料或者刚性材料，包括但不限于聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、玻璃、陶瓷、硅片、ITO玻璃；
③步骤②中所得到的沉积有纳米纤维的基底晾干后，在150°c下水热处理10h，得到原位生长有半导体氧化锌纳米结构的基底；
④将步骤③所制得的长有所述半导体氧化锌纳米结构的基底浸涂一层10mg/ml聚苯胺，晾干后制得气敏传感器。
[0020]根据所述①?④的步骤可以在陶瓷基底上成膜，制得以所述材料作为功能层的传感器；所制得的氧化锌纳米结构表面形貌如图1所示，半导体氧化锌纳米结构分布均匀，大小均一，与聚苯胺复合的形貌如图2所示。所制得的传感器具有优良的气敏特性，对低浓度(1-10 ppm)氨气的响应图如图3所示，可以看出所述方法能灵敏地检测环境中的氨气浓度信息，在10 ppm浓度下，利用公式S= (R「R0)/R0 x 100%可算出灵敏度S=1800%(注:&为通入氨气后的电阻值，&为通入氨气前的电阻值)。
[0021]实施例2
①配制醋酸锌和聚乙烯醇的混合溶液，即纺丝液，所述醋酸锌的浓度为10mg/mL，聚乙稀醇浓度为40 mg/mL ；
②步骤①中的静电纺丝液在流速为0.1 mL/h ;接收距离为5 cm ;纺丝电压为5 kV ;接收时间为30 min的静电纺丝条件下以纳米纤维的形式沉积到ITO玻璃上；
③将步骤②中所得到的沉积有纳米纤维的基底晾干后在90°C下水热处理48h，得到原位生长有半导体氧化锌纳米结构的基底，制得方法；
④步骤③所制得的长有所述半导体氧化锌纳米结构的基底浸涂一层30mg/ml聚苯胺，制得气敏传感器。
[0022]实施例3
①配制氯化锌和聚乙烯吡咯烷酮的混合溶液，即纺丝液，所述氯化锌的浓度为300mg/mL，聚乙烯吡咯烷酮浓度为lOOmg/mL ;
②将步骤①中的静电纺丝液在流速为10mL/h ;接收距离为30 cm;纺丝电压为30 kV ；接收时间为0.5 min的静电纺丝条件下以纳米纤维的形式沉积到玻璃基底上；
③将步骤②中所得到的沉积有纳米纤维的基底晾干后在120°C下水热处理6h，得到原位生长有半导体氧化锌纳米结构的基底；
④将步骤③所制得的长有所述半导体氧化锌纳米结构的基底浸涂一层0.5mg/ml聚苯胺，制得气敏传感器。
[0023]实施例4
①配制硝酸锌和聚丙烯酰胺的混合溶液，即纺丝液，所述硝酸锌的浓度为200mg/mL,聚醋酸乙烯酯浓度为0.lmg/mL ;
②将步骤①中的静电纺丝液在流速为10mL/h ;接收距离为30 cm;纺丝电压为30 kV ；接收时间为60 min的静电纺丝条件下以纳米纤维的形式沉积到聚丙稀基底上；
③将步骤②中所得到的沉积有纳米纤维的基底晾干后在200°C下水热处理6 h，得到原位生长有半导体氧化锌纳米结构的基底；
④将步骤③所制得的长有所述半导体氧化锌纳米结构的基底浸涂一层15mg/ml聚苯胺，制得气敏传感器。
[0024]实施例5
①配制硝酸锌和聚乙二醇的混合溶液，即纺丝液，所述硝酸锌的浓度为50mg/mL，聚乙二醇浓度为40 mg/mL ；
②将步骤①中的静电纺丝液在流速为ImL/h ;接收距离为30 cm ;纺丝电压为30 kV ；接收时间为1min的静电纺丝条件下以纳米纤维的形式沉积到聚偏氟乙烯基底上；
③将步骤②中所得到的沉积有纳米纤维的基底晾干后在120°C下水热处理24h，得到原位生长有半导体氧化锌纳米结构的基底；
④将步骤③所制得的长有所述半导体氧化锌纳米结构的基底浸涂一层20mg/ml聚苯胺，制得气敏传感器。
[0025]实施例6
①配制硫酸锌和聚丙烯酸的混合溶液，即纺丝液，所述硫酸锌的浓度为85mg/mL,聚丙稀酸浓度为40 mg/mL ；
②步骤①中的静电纺丝液在流速为0.2 mL/h ;接收距离为15 cm;纺丝电压为8 kV ;接收时间为3 min的静电纺丝条件下以纳米纤维的形式沉积到硅片上；
③步骤②中所得到的沉积有纳米纤维的基底晾干后在135°C下水热处理8 h，得到原位生长有半导体氧化锌纳米结构的基底，制得方法；
④将步骤③所制得的长有所述半导体氧化锌纳米结构的基底浸涂一层5mg/ml聚苯胺，制得气敏传感器。
[0026]以上实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
【主权项】
1.一种聚苯胺/氧化锌纳米复合电阻型材料气体传感器，其特征在于:包括陶瓷基体、叉指金电极和气敏材料，在所述的叉指金电极上连接有引线，在所述的陶瓷基体表面沉积有叉指金电极，在所述陶瓷基体和叉指金电极表面沉积有气敏材料，所述的气敏材料由聚苯胺/氧化锌纳米复合物组成。2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于:所述的陶瓷基体表面沉积的叉指金电极为5?16对，叉指金电极的叉指宽度为20?200 μm，叉指间隙为20?200 μm。3.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于:所述的气敏材料的厚度为50?600nmD4.根据权利要求1所述的一种聚苯胺/氧化锌纳米复合电阻型气体传感器，其特征在于:所述的聚苯胺/氧化锌复合材料是通过静电纺丝辅助水热处理的方法得到的氧化锌纳米片和聚苯乙烯磺酸掺杂的水溶性聚苯胺而制得的。5.一种根据权利要求1所述传感器的制备方法，其特征在于:包括如下步骤: 1)配制半导体氧化锌前驱体和助纺剂的混合溶液得到纺丝液，将纺丝液通过静电纺丝的方法形成纳米纤维沉积到基底表面后，自然晾干； 2)所述步骤I)中所制得的沉积有纳米纤维的基底通过水热处理，获得在基底上原位生长的具有纳米结构的半导体氧化锌； 3)在所得到的纳米结构的半导体氧化锌表面浸涂一层聚苯乙烯磺酸掺杂的水溶性聚苯胺，得到所述传感器。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于:步骤I)中所述半导体氧化锌前驱体浓度为10~300 mg/mL，所述助纺剂浓度为10~100 mg/mL，所述静电纺丝的流速优选0.1-10 mL/h ;接收距离优选为5~30 cm;纺丝电压优选为5~30 kV ;接收时间优选为0.5~60 min。7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于:步骤2)中所述水热处理温度优选为90-2000C ;水热处理时间优选为6~48 h。
【专利摘要】本发明公开了一种聚苯胺/氧化锌纳米复合电阻型材料传感器及其制备方法。该传感器包括依次设置的陶瓷基体、叉指金电极和气敏材料，气敏材料由纳米片状的氧化锌和纳米粒子形态的聚苯胺复合组成，由材料的纳米尺度带来的大的比表面积，增加了敏感材料与气体吸附作用的位点，同时提供了更多通道，以促进检测气体在气体传感器中的吸附和扩散。特别是，在传感器制备过程中，仅使用水作为溶剂，无需加入有机溶剂或者其他添加剂参与反应，绿色安全，没有任何环境污染。反应温度较低，无需高温灼烧，节约能源，制备方法具有突出的绿色环保特征。本发明所提供的制备该气体传感器的方法，安全高效，并且工艺简单、成本低、尤其适合于批量生产。
【IPC分类】G01N27/12
【公开号】CN105092658
【申请号】CN201510505772
【发明人】李扬, 焦明飞, 杨慕杰
【申请人】浙江大学
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年8月18日