一种柔性固态氢离子传感器及其制备方法

本发明涉及离子分析传感器领域，特别涉及一种柔性固态氢离子传感器及其制备方法。

背景技术：

1、氢离子浓度的检测是分析化学中离子检测的重要内容之一。人体汗液、唾液、尿液等生理体液中氢离子的浓度与各种生理疾病密切相关。其次，实时监测土壤中的氢离子浓度，有利于植物的良性生长。目前应用最广泛的氢离子浓度检测方法是玻璃电极，但其存在电位稳定性差、电阻高、易损坏等缺陷，限制了其进一步的应用。柔性电极具有易于小型化、成本低、柔韧性强等特点，在可穿戴设备中得到了广泛的应用。

2、全固态离子选择性电极是可穿戴式离子传感器的核心部件,它由固体接触层和离子选择性膜两个核心成分组成。固体接触层在离子-电子传导中起着重要作用，而离子选择性膜在目标离子的识别中起着重要作用。目前，氢离子载体是早期应用最广泛的ph敏感材料。但由于使用氢离子载体的膜电极成本较高，且容易泄漏有毒物质，研究人员逐渐开始研究其他替代材料。其中，研究最广泛的是以聚苯胺为代表的有机聚合物和以铱氧化物为代表的无机金属氧化物。而研究表明，表面上有羟基和羰基等含氧官能团的物质也可以用作氢离子敏感材料，如碳纳米管和石墨烯等。但是现有技术中，在sc-ises领域还缺乏一种强调表面官能团直接作为氢离子敏感基元的材料指导方针。

技术实现思路

1、鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种柔性固态氢离子传感器及其制备方法。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、第一方面，本发明提供一种柔性固态氢离子传感器的制备方法，所述方法的制备步骤如下：

4、(1)将ti3alc2加入到氢氟酸溶液中搅拌，离心清洗，烘干，得到hf-ti3c2tx；

5、(2)称取hf-ti3c2tx，量取nafion溶液，分散于水中，得到混合体系a；

6、(3)将pet薄片清洗后，等离子体再清洗，干燥，在pet薄片上磁控溅射金属，涂覆一层pdms并烘干，得到柔性固态电极；

7、(4)将混合体系a滴涂在柔性固态电极表面，烘干，得到柔性固态氢离子传感器。

8、优选地，步骤(1)中，所述氢氟酸溶液为20～49wt％的氢氟酸溶液，用量为5～40ml。

9、更优选地，步骤(1)中，所述氢氟酸溶液的浓度为49wt％，用量为20ml。

10、优选地，步骤(1)中，所述ti3alc2的质量为0.5～2g。

11、更优选地，步骤(1)中，所述ti3alc2的质量为1g。

12、优选地，步骤(1)中，搅拌时间为24h。

13、优选地，步骤(1)中，使用去离子水进行离心清洗，离心的每分钟转数为3500rpm，离心时间为5min，重复离心清洗过程直至上清液的ph大于或等于6。

14、优选地，步骤(1)中，烘干在真空环境下进行，烘干温度为60℃，烘干时间为12h。

15、优选地，步骤(2)中，所述hf-ti3c2tx的质量为5～20mg，所述nafion溶液的用量为50～400μl。

16、更优选地，步骤(2)中，所述hf-ti3c2tx的质量为10mg，所述nafion溶液的用量为200μl。

17、优选地，步骤(2)中，分散为超声分散，分散时间为1h。

18、优选地，步骤(2)中，所述水为去离子水，用量为600～950μl。

19、更优选地，步骤(2)中，所述水用量为800μl。

20、优选地，步骤(3)中，所述pet薄片的大小为7cm×7cm～8cm×8cm。

21、更优选地，步骤(3)中，所述pet薄片的大小为8cm×8cm。

22、优选地，步骤(3)中，pet薄片清洗过程为将pet薄片依次在异丙醇、乙醇、去离子水中超声清洗，每次超声清洗时间为10min。

23、优选地，步骤(3)中，等离子体再清洗为在等离子体清洗仪中清洗，时间为5min。

24、优选地，步骤(3)中，干燥气体为n2。

25、优选地，步骤(3)中，所述金属为cr和ag，先溅射上cr，再溅射上ag，cr的厚度为5～30nm，ag的厚度为100～300nm。

26、更优选地，步骤(3)中，cr的厚度为30nm，ag的厚度300nm。

27、优选地，步骤(3)中，烘干温度为90℃，烘干时间为40min。

28、优选地，步骤(4)中，混合体系a的用量为5～20μl。

29、更优选地，步骤(4)中，混合体系a的用量为10μl。

30、优选地，步骤(4)中，烘干在真空环境下进行，烘干温度为60℃，烘干时间为1h。

31、第二方面，本发明还提供一种根据上述所述方法制备得到的柔性固态氢离子传感器。

32、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

33、(1)本发明所述的一种柔性固态氢离子传感器的制备方法，由氢氟酸刻蚀后的hf-ti3c2tx表面会产生大量的含氧官能团，经剥离处理后的hf-ti3c2tx具有了较大的比表面积，因而hf-ti3c2tx具有类似于金属的导电性，该方法制备的柔性固态氢离子传感器具有较强的电位稳定性，能有效地实时监测人体汗液中的氢离子浓度。

34、(2)本发明所述的一种柔性固态氢离子传感器，以新兴二维碳材料ti3c2tx为基底的固态氢离子选择性电极具有较高的选择性以及抗干扰性，利用固态氢离子选择性电极集成的柔性固态氢离子传感器对人体运动时析出的汗液氢离子浓度进行实时监测，该传感器具有低成本、高灵敏度、高选择性等优势，具有巨大的应用潜力和商业前景。

技术特征：

1.一种柔性固态氢离子传感器的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的柔性固态氢离子传感器的制备方法，其特征在于，所述氢氟酸溶液为20～49wt％的氢氟酸溶液，所述水为去离子水。

3.根据权利要求1所述的柔性固态氢离子传感器的制备方法，其特征在于，所述氢氟酸溶液用量为5～40ml；所述ti3alc2的质量为0.5～2g；所述hf-ti3c2tx的质量为5～20mg；所述nafion溶液的用量为50～400μl；所述水用量为600～950μl；所述pet薄片的大小为7cm×7cm～8cm×8cm；所述金属为cr和ag。

4.根据权利要求1所述的柔性固态氢离子传感器的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，搅拌时间为24h，使用去离子水进行离心清洗，离心的每分钟转数为3500rpm，离心时间为5min，重复离心清洗过程直至上清液的ph大于或等于6。

5.根据权利要求1所述的柔性固态氢离子传感器的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，烘干在真空环境下进行，烘干温度为60℃，烘干时间为12h。

6.根据权利要求1所述的柔性固态氢离子传感器的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，分散为超声分散，分散时间为1h。

7.根据权利要求1所述的柔性固态氢离子传感器的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，pet薄片清洗过程为将pet薄片依次在异丙醇、乙醇、去离子水中超声清洗，每次超声清洗时间为2min，等离子体再清洗为在等离子体清洗仪中清洗，时间为5min，干燥气体为n2。

8.根据权利要求1所述的柔性固态氢离子传感器的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，先溅射上cr，再溅射上ag，cr的厚度为5～30nm，ag的厚度为100～300nm，烘干温度为90℃，烘干时间为40min。

9.根据权利要求1所述的柔性固态氢离子传感器的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，混合体系a的用量为5～20μl，烘干在真空环境下进行，烘干温度为60℃，烘干时间为1h。

10.一种根据权利要求1-9中任一项所述的制备方法制备得到的柔性固态氢离子传感器。

技术总结
本发明公开了一种柔性固态氢离子传感器及其制备方法，柔性固态氢离子传感器的制备方法包括以下步骤：(1)将Ti<subgt;3</subgt;AlC<subgt;2</subgt;加入到氢氟酸溶液中搅拌，离心清洗，烘干，得到HF‑Ti<subgt;3</subgt;C<subgt;2</subgt;T<subgt;x</subgt;；(2)称取HF‑Ti<subgt;3</subgt;C<subgt;2</subgt;T<subgt;x</subgt;，量取Nafion溶液，分散于水中，得到混合体系A；(3)将PET薄片清洗后，等离子体再清洗，干燥，在PET薄片上磁控溅射金属，涂覆一层PDMS并烘干，得到柔性固态电极；(4)将混合体系A滴涂在柔性固态电极表面，烘干，得到柔性固态氢离子传感器。本发明制备方法简单，制备得到的柔性固态氢离子传感器具有低成本、高灵敏度、高选择性等优点，可实时监测人体运动时析出的汗液氢离子浓度。

技术研发人员：甘世宇,梁荣锋,牛利,钟丽杰
受保护的技术使用者：广州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13