一種用於檢測空氣中氨濃度的氨敏材料的製備方法
2023-06-29 02:02:46 1
專利名稱：一種用於檢測空氣中氨濃度的氨敏材料的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種檢測氨濃度的氨敏材料，特別涉及一種用於檢測空氣中氨濃度的氨敏材料的製備方法。
背景技術：
目前工業環保領域普遍使用的各類傳感器檢測原理各不相同，主
要分為三大類(1 )利用物理化學性質的氣體傳感器如半導體式(包含表面控制型，體積控制型，表面電位型)，催化燃燒式，固體熱導式等；(2)利用物理性質的氣體傳感器如熱傳導式，光幹涉式，紅外吸收式等；(3)利用電化學性質的氣體傳感器如定電位電解式，迦伐尼電池式，隔膜離子電極式，固定電解質式等。各類氣體傳感器的適用對象也各不相同，並且都存在一些不可避免的技術缺陷。
半導體氣體傳感器是採用金屬氧化物或金屬半導體氧化物材料
做成的元件，與氣體相互作用時產生表面吸附或化學反應，引起以載流子運動為特徵的電導率或者伏安特性或者表面電位變化。這些都是由材料的半導體性質決定的。它具有成本低廉、製造簡單、靈敏度高、響應速度快、壽命長、對溼度敏感低和電路簡單等優點。不足之處是必須工作於高溫下、對氣味或氣體的選擇性差、元件參數分散、穩定性不夠理想、功率要求高，容易中毒。
光學式氣體傳感器包括紅外吸收型、光譜吸收型、螢光型光纖化學材料型等，主要以紅外吸收型氣體分析儀為主，由於不同氣體的紅外吸收峰不同，通過測量和分析紅外吸收峰來檢測氣體。焚光型光纖氣敏傳感器的主要部分是兩端塗有光學活性物質的玻璃光纖，活性物質中含有固定在有機聚合物基質上的螢光染料，當氣體與螢光染料發生作用時，染料極性發生變化，使螢光發射光i瞽位移，用光脈沖照射傳感器時，螢光染料會發射不同頻率的光，檢測螢光染料發射的光,可檢測特定氣體的含量。
電化學式傳感器是目前被廣泛使用的另一類檢測毒氣的傳感器，電化學傳感器中 一般用到的材料有各種電解質或者氣敏電極材料。但是電化學傳感器中由於電解液的蒸發或汙染常會導致傳感器信號衰減，使得實際使用壽命縮短。近年來，國外在高分子氣敏材料的研究和開發上有了很大的進展,例如，高分子電阻式氣體傳感器是通過測量高分子氣敏材料的電阻來測量氣體的體積分數。目前的材料主要有
酞菁聚合物、LB膜、聚吡咯等，其優點是製作工藝簡單、成本低廉，但這種氣體傳感器要通過電聚合過程來激活，這既耗費時間，又會引起各批次產品之間的性能差異。
發明內容
本發明要解決的技術問題是，提供一種用於檢測空氣中氨濃度的氨敏材料的製備方法，該方法工藝步驟簡單，通過本方法製備的氨敏
材料具有信號響應及恢復速度快，性能穩定，使用壽命長的優點。
為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是 一種用於檢測空氣中氨濃度的氨敏材料的製備方法，其特徵在於採用以下步驟
A) 將N型矽片固定在電解池中，按體積比為1:1 ~4的比例加入二曱亞碸和重量濃度為40%的氫氟酸作為電解液，以珪片為陽極，鉑電極為陰極，進行電解刻蝕，設定電流強度波動範圍為35~100mA,每個波動周期為3秒，重複波動次數為30~75次，刻蝕結束後用乙醇多次清洗矽片，再用氮氣吹乾；
B) 將上迷刻蝕後的矽片在21(TC下與十一碳烯^A應1小時，形成多孔石圭片；
C )將步驟B中所得多孔矽片在濃度為1 ~ 5mg/mL的酸石威敏感染料溶液中，浸泡時間為5~30分鐘，取出乾燥後，製成所需的氨敏材料，酸鹼敏感染料採用溴酚藍溶液、溴百裡酚香蘭溶液、溴曱酚綠溶液、溴曱酚紫溶液、次曱基藍溶液中的任意一種；氨敏材料表面的反射光譜半峰寬度為5 ~ 40nm。
利用本發明的氨敏材料製成的氨敏傳感器，還可以檢測乙醚、甲醇、曱醛等有機小分子氣體。
同現有技術比較，本發明具有如下突出的優點l)多孔材料的孔徑為納米級，這種納米固體材料具有龐大的界面，提供了大量氣體通道，從而大大提高了靈敏度；2)本發明的氨敏材料在常溫下使用，大大降低了傳感器工作溫度；3)對於有毒有害及易燃氣體呈化學惰性，氣體在材料表面的吸附和脫附可逆性極好，響應時間為40s，恢復時間不大於lmin，信號響應及恢復速度比其他類型的傳感材料明顯要快；4)本氨敏材料為表面規整，孔徑大小均勻的高光反射性材料，其反射波長的半峰寬度可以控制在10nm以內，因而解析度高；5)本氨敏材料製成的傳感器的使用壽命為4年，優於現有的同類傳感器；6)使用本氨敏材料做成的傳感器體積小，利於傳感器的微型化，集成化。
具體實施例方式
實施例1:
一種用於檢測空氣中氨濃度的氨敏材料的製備方法，其特徵在於釆用以下步驟
A) 將N型矽片固定在電解池中，按體積比為1:1的比例加入重量濃度為40%的氫氟酸和二曱亞碸作為電解液，以娃片為陽極，鉑電極為陰極，進行電解刻蝕，設定電流強度波動範圍為35~ lOOmA,每個波動周期為5秒，重複波動次數為75次，刻蝕結束後用乙醇多次清洗矽片，再用氮氣吹乾；
B) 將上述刻蝕後的矽片在210。C下與十一碳烯酸反應1小時，形成多孔矽片；
C) 將步驟B中所得多孔矽片在濃度為lmg/mL的溴酚藍溶液中浸泡30分鐘，形成所需的氨敏材料。
實施例2:
一種用於檢測空氣中氨濃度的氨敏材料的製備方法，其特徵在於採用以下步驟
A) 將N型矽片固定在電解池中，按體積比為2:1的比例加入重量濃度為40%的氬氟酸和二甲亞碸作為電解液，以矽片為陽極，鉑電極為陰極，進行電解刻蝕，設定電流強度波動範圍為35~ 100mA,每個波動周期為5秒，重複波動次數為60次，刻蝕結束後用乙醇多次清洗矽片，再用氮氣吹乾；
B) 將上述刻蝕後的矽片在210。C下與十一碳蟑^應1小時，形成多孔矽片；C)將步驟B中所得多孔矽片在濃度為3mg/mL的溴百裡酚香蘭溶液中浸泡20分鐘，形成所需的氨敏材料。實施例3:
一種用於檢測空氣中氨濃度的氨敏材料的製備方法，其特徵在於採用以下步驟
A) 將N型矽片固定在電解池中，按體積比為4:1的比例加入重量濃度為40%的氫氟酸和二曱亞石風作為電解液，以矽片為陽才及，鉑電極為陰極，進行電解刻蝕，設定電流強度波動範圍為35- 100mA，每個波動周期為5秒，重複波動次數為30次，刻蝕結束後用乙醇多次清洗^f圭片，再用氮氣吹乾；
B) 將上述刻蝕後的矽片在21(TC下與十一碳烯^應1小時，形成多孔矽片；
C) 將步驟B中所得多孔矽片在濃度為4mg/mL的溴曱酚綠溶液中浸泡10分鐘，形成所需的氨敏材料。
實施例4:
一種用於檢測空氣中氨濃度的氨敏材料的製備方法，其特徵在於採用以下步驟
A) 將N型矽片固定在電解池中，按體積比為3:1的比例加入重量濃度為40%的氫氟酸和二甲亞碸作為電解液，以矽片為陽極，鉑電極為陰極，進行電解刻蝕，設定電流強度波動範圍為35 ~ 1 OOmA ,、每個波動周期為5秒，重複波動次數為40次，刻蝕結束後用乙醇多次清洗^^圭片，再用氮氣吹乾；
B) 將上述刻蝕後的矽片在21(TC下與十一碳烯^應1小時，形成多孔矽片；
C) 將步驟B中所得多孔矽片在濃度為5mg/mL的溴曱酚紫溶液中浸泡5分鐘，形成所需的氨敏材料。
實施例5:
一種用於檢測空氣中氨濃度的氨敏材料的製備方法，其特徵在於採用以下步驟
A)將N型矽片固定在電解池中，按體積比為3:1的比例加入重量濃度為40%的氫氟酸和二甲亞碸作為電解液，以娃片為陽極，鉑電極為陰極，進行電解刻蝕，設定電流強度波動範圍為35 ~ 100mA,每個波動周期為5秒，重複波動次數為50次，刻蝕結束後用乙醇多次清洗矽片，再用氮氣吹乾；
B) 將上述刻蝕後的矽片在21(TC下與十一碳烯^應1小時，形成多孔矽片；
C) 將步驟B中所得多孔矽片在濃度為4mg/mL的次甲基藍溶液中浸泡10分鐘，形成所需的氨4丈材料。
權利要求
1、一種用於檢測空氣中氨濃度的氨敏材料的製備方法，其特徵在於採用以下步驟A)、將N型矽片固定在電解池中，按體積比為1∶1～4的比例加入二甲亞碸和重量濃度為40％的氫氟酸作為電解液，以矽片為陽極，鉑電極為陰極，進行電解刻蝕，設定電流強度波動範圍為35～100mA，每個波動周期為3秒，重複波動次數為30～75次，刻蝕結束後用乙醇多次清洗矽片，再用氮氣吹乾；B)、將上述刻蝕後的矽片在210℃下與十一碳烯酸反應1小時，形成多孔矽片；C)、將步驟B中所得多孔矽片在濃度為1～5mg/mL的酸鹼敏感染料溶液中，浸泡時間為5～30分鐘，取出乾燥後，製成所需的氨敏材料；酸鹼敏感染料採用溴酚藍溶液、溴百裡酚香蘭溶液、溴甲酚綠溶液、溴甲酚紫溶液、次甲基藍溶液中的任意一種。
全文摘要
一種用於檢測空氣中氨濃度的氨敏材料的製備方法，其特徵在於採用以下步驟將N型矽片固定在電解池中，以二甲亞碸和氫氟酸作為電解液，以矽片為陽極，鉑電極為陰極，在一定電流條件下進行電解刻蝕；將刻蝕後的矽片在210℃下與十一碳烯酸反應1小時；將多孔矽片在酸鹼敏感染料溶液中浸泡取出乾燥後，製成所需的氨敏材料。本發明與現有技術比較，具有如下突出的優點1)多孔材料比表面積大，靈敏度高；2)工作溫度為常溫；3)響應時間為40s，恢復時間不大於1min，信號響應及恢復速度快；4)本氨敏材料的半峰寬度可以控制在10nm以內，解析度高；5)使用壽命為4年；6)體積小，利於傳感器的微型化，集成化。
文檔編號G01N27/406GK101566595SQ200910099308
公開日2009年10月28日 申請日期2009年6月4日 優先權日2009年6月4日
發明者商雲嶺, 鄔建敏 申請人:浙江大學