组合物、传感薄膜、传感器、制备方法及应用与流程

本发明涉及传感检测领域，特别是用于传感薄膜的组合物、传感薄膜、传感器、制备方法及应用；具体而言，涉及一种用于检测空气中二氧化硫含量的传感器及其相关组合物、传感薄膜、制备方法等。

背景技术：

1、二氧化硫是工作场所空气中常见的污染物危害。传统的二氧化硫采集方法是溶液吸收法，根据选用吸收液的不同，后续采用的分析方法有分光光度法、电化学法、色谱法、化学发光法以及毛细管电泳等，各种分析方法各有所长，但是需要利用大型化学检测仪器进行测试。

2、国家职业卫生标准检测方法是甲醛缓冲液,盐酸副玫瑰苯胺分光光度法和四氯汞钾,盐酸副玫瑰苯胺分光光度法。虽然上述两种检测方法准确可靠；但在检测过程中需要使用剧毒化学品氯化汞和毒性较大的甲醛，而且需要用吸收液进行样品采集，然后带回实验室进行分光光度分析，在显色过程中对时间、温度要求比较严格，而且当样品数量较多时，分光光度法难以达到质量要求，并且操作复杂，效率低。

3、因此，现有利用气体传感器成为一种实时检测二氧化硫的有效方法。针对于传统的金属氧化物半导体化学电阻传感器，其自身很难分辨常见的气体，如so2与no2，特异性不强，并且在室温下很难进行工作，导致其传感器自身功耗极高，难以匹配物联网实时监测的需求。目前商用的so2传感器，主要有英国的alphasense 公司的so2-bf 二氧化硫传感器，日本figaro 公司的fecs43-20 用于检测二氧化硫的气体传感器，so2-bf 二氧化硫传感器的检测限在20ppm，fecs43-20气体传感器对于so2的检测限是0.5ppm。目前对于so2的检测传感器仍然很难实现对于亚ppb的so2的检测。

技术实现思路

1、鉴于现有技术的上述不足，本发明所要解决的技术问题是提高二氧化硫传感器的耐久性及延长其使用寿命。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种组合物，用于传感薄膜，包括复合的聚合物和碳纳米管；

3、所述聚合物的阳离子为聚乙烯基苄基3-甲基咪唑鎓、聚乙烯基苄基3-乙基咪唑鎓、聚乙烯基苄基3-丙基咪唑鎓、聚乙烯基苄基3-丁基咪唑鎓和聚乙烯基苄基3-己基咪唑鎓中的至少一种；

4、所述聚合物的阴离子为氯离子、四氟硼酸根离子、六氟磷酸根离子和双三氟甲烷磺酰亚胺根离子中的至少一种；

5、所述碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管和多壁碳纳米管中的至少一种。

6、可选的，所述聚合物中阳离子和阴离子的摩尔比为1:1。

7、可选的，所述聚合物与碳纳米管的质量之比为10:1~1:1。

8、可选的，所述聚合物与碳纳米管的质量之比为5:1。

9、本申请还提供第二种方案，即前述任一所述的组合物制备而成的传感薄膜。

10、本申请还提供第三种方案，及前述传感薄膜的制备方法，包括配配置聚合物与碳纳米管复合物的前驱体溶液，将所述前驱体溶液通过涂覆，溶剂挥发后即可得到传感薄膜。

11、可选的，所述溶剂为甲苯、二甲苯、氯苯、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜或n-甲基吡咯烷酮中的至少一种。

12、本申请还提供第四种方案，即包含前述传感薄膜的传感器。

13、本申请还提供第五种方案，即前述传感器的制备方法，包括将配置后的聚合物与碳纳米管复合物的前驱体溶液涂覆于传感器件的表面，待溶剂挥发后即可得到传感器。

14、本申请还提供第六种方案，即前述传感器的应用，所述传感器可对空气中二氧化硫气体分子进行检测。

15、与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

16、选择特定的碳纳米管与特定的聚合物复合后作为传感器的传感薄膜的组合物，即可以对碳纳米管有效改性，同时获得的复合材料本身对二氧化硫也有特异的识别及选择性，从而提高其检测灵敏度。本申请利用特定的几种聚合物与碳纳米管以非共价相互作用进行复合，形成化学电阻传感薄膜层，并且利用电极传感器件构造化学电阻气体传感器，用于高效传感二氧化硫，并且可以只对于so2有着良好特异性传感。相比于传统的利用离子液体的电化学气体传感器，此发明中的化学电阻传感器直接将聚合物与碳纳米管复合产物作为敏感材料，并且聚合物与碳纳米管良好结合，所得复合物不易受到其他气体干扰，并且作用环境无需其他限制。因此本申请所得传感器受环境影响小（如附图25所示），且检测限（如附图21~24所示）及耐久性均提高，使用寿命延长（如附图29所示）。

技术特征：

1.一种组合物，用于传感薄膜，其特征在于，包括复合的聚合物和碳纳米管；

2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述聚合物中阳离子和阴离子的摩尔比为1:1。

3.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述聚合物与碳纳米管的质量之比为10:1~1:1。

4.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述聚合物与碳纳米管的质量之比为5:1。

5.权利要求1~4任一所述的组合物制备而成的传感薄膜。

6.权利要求5所述传感薄膜的制备方法，其特征在于，包括配置聚合物与碳纳米管复合物的前驱体溶液，将所述前驱体溶液通过涂覆，溶剂挥发后即可得到传感薄膜。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂为甲苯、二甲苯、氯苯、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜或n-甲基吡咯烷酮中的至少一种。

8.包含权利要求5所述传感薄膜的传感器。

9.权利要求8所述的传感器的制备方法，其特征在于，包括将配置后的聚合物与碳纳米管复合物的前驱体溶液涂覆于传感器电极的表面，待溶剂挥发后即可得到传感器。

10.权利要求8所述传感器的应用，其特征在于，所述传感器可对空气中二氧化硫气体分子进行检测。

技术总结
本发明涉及传感检测领域，特别是用于传感薄膜的组合物、传感薄膜、传感器、制备方法及应用，所述组合物包括复合的聚合物和碳纳米管；所述聚合物的阳离子为聚乙烯基苄基3‑甲基咪唑鎓、聚乙烯基苄基3‑乙基咪唑鎓、聚乙烯基苄基3‑丙基咪唑鎓、聚乙烯基苄基3‑丁基咪唑鎓和聚乙烯基苄基3‑己基咪唑鎓中的至少一种；所述聚合物的阴离子为氯离子、四氟硼酸根离子、六氟磷酸根离子和双三氟甲烷磺酰亚胺根离子中的至少一种；所述碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管和多壁碳纳米管中的至少一种。本发明所得组合物、传感薄膜可以提高二氧化硫传感器的耐久性及延长其使用寿命。

技术研发人员：钟少龙,郭智慧,龙亮
受保护的技术使用者：上海拜安传感技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1