專利名稱：一種用于檢測(cè)空氣中氨濃度的氨敏材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測(cè)氨濃度的氨敏材料，特別涉及一種用于檢測(cè)空氣中氨濃度的氨敏材料的制備方法。
背景技術(shù)：
目前工業(yè)環(huán)保領(lǐng)域普遍使用的各類傳感器檢測(cè)原理各不相同，主
要分為三大類(1 )利用物理化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器如半導(dǎo)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(dǎo)式等；(2)利用物理性質(zhì)的氣體傳感器如熱傳導(dǎo)式，光干涉式，紅外吸收式等；(3)利用電化學(xué)性質(zhì)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(zhì)式等。各類氣體傳感器的適用對(duì)象也各不相同，并且都存在一些不可避免的技術(shù)缺陷。
半導(dǎo)體氣體傳感器是采用金屬氧化物或金屬半導(dǎo)體氧化物材料
做成的元件，與氣體相互作用時(shí)產(chǎn)生表面吸附或化學(xué)反應(yīng)，引起以載流子運(yùn)動(dòng)為特征的電導(dǎo)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(dǎo)體性質(zhì)決定的。它具有成本低廉、制造簡(jiǎn)單、靈敏度高、響應(yīng)速度快、壽命長(zhǎng)、對(duì)濕度敏感低和電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。不足之處是必須工作于高溫下、對(duì)氣味或氣體的選擇性差、元件參數(shù)分散、穩(wěn)定性不夠理想、功率要求高，容易中毒。
光學(xué)式氣體傳感器包括紅外吸收型、光譜吸收型、熒光型光纖化學(xué)材料型等，主要以紅外吸收型氣體分析儀為主，由于不同氣體的紅外吸收峰不同，通過(guò)測(cè)量和分析紅外吸收峰來(lái)檢測(cè)氣體。焚光型光纖氣敏傳感器的主要部分是兩端涂有光學(xué)活性物質(zhì)的玻璃光纖，活性物質(zhì)中含有固定在有機(jī)聚合物基質(zhì)上的熒光染料，當(dāng)氣體與熒光染料發(fā)生作用時(shí)，染料極性發(fā)生變化，使熒光發(fā)射光i瞽位移，用光脈沖照射傳感器時(shí)，熒光染料會(huì)發(fā)射不同頻率的光，檢測(cè)熒光染料發(fā)射的光,可檢測(cè)特定氣體的含量。
電化學(xué)式傳感器是目前被廣泛使用的另一類檢測(cè)毒氣的傳感器，電化學(xué)傳感器中 一般用到的材料有各種電解質(zhì)或者氣敏電極材料。但是電化學(xué)傳感器中由于電解液的蒸發(fā)或污染常會(huì)導(dǎo)致傳感器信號(hào)衰減，使得實(shí)際使用壽命縮短。近年來(lái)，國(guó)外在高分子氣敏材料的研究和開(kāi)發(fā)上有了很大的進(jìn)展,例如，高分子電阻式氣體傳感器是通過(guò)測(cè)量高分子氣敏材料的電阻來(lái)測(cè)量氣體的體積分?jǐn)?shù)。目前的材料主要有
酞菁聚合物、LB膜、聚吡咯等，其優(yōu)點(diǎn)是制作工藝簡(jiǎn)單、成本低廉，但這種氣體傳感器要通過(guò)電聚合過(guò)程來(lái)激活，這既耗費(fèi)時(shí)間，又會(huì)引起各批次產(chǎn)品之間的性能差異。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種用于檢測(cè)空氣中氨濃度的氨敏材料的制備方法，該方法工藝步驟簡(jiǎn)單，通過(guò)本方法制備的氨敏
材料具有信號(hào)響應(yīng)及恢復(fù)速度快，性能穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是 一種用于檢測(cè)空氣中氨濃度的氨敏材料的制備方法，其特征在于采用以下步驟
A) 將N型硅片固定在電解池中，按體積比為1:1 ~4的比例加入二曱亞砜和重量濃度為40%的氫氟酸作為電解液，以珪片為陽(yáng)極，鉑電極為陰極，進(jìn)行電解刻蝕，設(shè)定電流強(qiáng)度波動(dòng)范圍為35~100mA,每個(gè)波動(dòng)周期為3秒，重復(fù)波動(dòng)次數(shù)為30~75次，刻蝕結(jié)束后用乙醇多次清洗硅片，再用氮?dú)獯蹈桑?br> B) 將上迷刻蝕后的硅片在21(TC下與十一碳烯^A應(yīng)1小時(shí)，形成多孔石圭片；
C )將步驟B中所得多孔硅片在濃度為1 ~ 5mg/mL的酸石威敏感染料溶液中，浸泡時(shí)間為5~30分鐘，取出干燥后，制成所需的氨敏材料，酸堿敏感染料采用溴酚藍(lán)溶液、溴百里酚香蘭溶液、溴曱酚綠溶液、溴曱酚紫溶液、次曱基藍(lán)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(fā)明的氨敏材料制成的氨敏傳感器，還可以檢測(cè)乙醚、甲醇、曱醛等有機(jī)小分子氣體。
同現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明具有如下突出的優(yōu)點(diǎn)l)多孔材料的孔徑為納米級(jí)，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(fā)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(duì)于有毒有害及易燃?xì)怏w呈化學(xué)惰性，氣體在材料表面的吸附和脫附可逆性極好，響應(yīng)時(shí)間為40s，恢復(fù)時(shí)間不大于lmin，信號(hào)響應(yīng)及恢復(fù)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(guī)整，孔徑大小均勻的高光反射性材料，其反射波長(zhǎng)的半峰寬度可以控制在10nm以內(nèi)，因而分辨率高；5)本氨敏材料制成的傳感器的使用壽命為4年，優(yōu)于現(xiàn)有的同類傳感器；6)使用本氨敏材料做成的傳感器體積小，利于傳感器的微型化，集成化。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1:
一種用于檢測(cè)空氣中氨濃度的氨敏材料的制備方法，其特征在于釆用以下步驟
A) 將N型硅片固定在電解池中，按體積比為1:1的比例加入重量濃度為40%的氫氟酸和二曱亞砜作為電解液，以娃片為陽(yáng)極，鉑電極為陰極，進(jìn)行電解刻蝕，設(shè)定電流強(qiáng)度波動(dòng)范圍為35~ lOOmA,每個(gè)波動(dòng)周期為5秒，重復(fù)波動(dòng)次數(shù)為75次，刻蝕結(jié)束后用乙醇多次清洗硅片，再用氮?dú)獯蹈桑?br> B) 將上述刻蝕后的硅片在210。C下與十一碳烯酸反應(yīng)1小時(shí)，形成多孔硅片；
C) 將步驟B中所得多孔硅片在濃度為lmg/mL的溴酚藍(lán)溶液中浸泡30分鐘，形成所需的氨敏材料。
實(shí)施例2:
一種用于檢測(cè)空氣中氨濃度的氨敏材料的制備方法，其特征在于采用以下步驟
A) 將N型硅片固定在電解池中，按體積比為2:1的比例加入重量濃度為40%的氬氟酸和二甲亞砜作為電解液，以硅片為陽(yáng)極，鉑電極為陰極，進(jìn)行電解刻蝕，設(shè)定電流強(qiáng)度波動(dòng)范圍為35~ 100mA,每個(gè)波動(dòng)周期為5秒，重復(fù)波動(dòng)次數(shù)為60次，刻蝕結(jié)束后用乙醇多次清洗硅片，再用氮?dú)獯蹈桑?br> B) 將上述刻蝕后的硅片在210。C下與十一碳蟑^應(yīng)1小時(shí)，形成多孔硅片；C)將步驟B中所得多孔硅片在濃度為3mg/mL的溴百里酚香蘭溶液中浸泡20分鐘，形成所需的氨敏材料。實(shí)施例3:
一種用于檢測(cè)空氣中氨濃度的氨敏材料的制備方法，其特征在于采用以下步驟
A) 將N型硅片固定在電解池中，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(fēng)作為電解液，以硅片為陽(yáng)才及，鉑電極為陰極，進(jìn)行電解刻蝕，設(shè)定電流強(qiáng)度波動(dòng)范圍為35- 100mA，每個(gè)波動(dòng)周期為5秒，重復(fù)波動(dòng)次數(shù)為30次，刻蝕結(jié)束后用乙醇多次清洗^f圭片，再用氮?dú)獯蹈桑?br> B) 將上述刻蝕后的硅片在21(TC下與十一碳烯^應(yīng)1小時(shí)，形成多孔硅片；
C) 將步驟B中所得多孔硅片在濃度為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(shí)施例4:
一種用于檢測(cè)空氣中氨濃度的氨敏材料的制備方法，其特征在于采用以下步驟
A) 將N型硅片固定在電解池中，按體積比為3:1的比例加入重量濃度為40%的氫氟酸和二甲亞砜作為電解液，以硅片為陽(yáng)極，鉑電極為陰極，進(jìn)行電解刻蝕，設(shè)定電流強(qiáng)度波動(dòng)范圍為35 ~ 1 OOmA ,、每個(gè)波動(dòng)周期為5秒，重復(fù)波動(dòng)次數(shù)為40次，刻蝕結(jié)束后用乙醇多次清洗^^圭片，再用氮?dú)獯蹈桑?br> B) 將上述刻蝕后的硅片在21(TC下與十一碳烯^應(yīng)1小時(shí)，形成多孔硅片；
C) 將步驟B中所得多孔硅片在濃度為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(shí)施例5:
一種用于檢測(cè)空氣中氨濃度的氨敏材料的制備方法，其特征在于采用以下步驟
A)將N型硅片固定在電解池中，按體積比為3:1的比例加入重量濃度為40%的氫氟酸和二甲亞砜作為電解液，以娃片為陽(yáng)極，鉑電極為陰極，進(jìn)行電解刻蝕，設(shè)定電流強(qiáng)度波動(dòng)范圍為35 ~ 100mA,每個(gè)波動(dòng)周期為5秒，重復(fù)波動(dòng)次數(shù)為50次，刻蝕結(jié)束后用乙醇多次清洗硅片，再用氮?dú)獯蹈桑?br> B) 將上述刻蝕后的硅片在21(TC下與十一碳烯^應(yīng)1小時(shí)，形成多孔硅片；
C) 將步驟B中所得多孔硅片在濃度為4mg/mL的次甲基藍(lán)溶液中浸泡10分鐘，形成所需的氨4丈材料。
權(quán)利要求
1、一種用于檢測(cè)空氣中氨濃度的氨敏材料的制備方法，其特征在于采用以下步驟A)、將N型硅片固定在電解池中，按體積比為1∶1～4的比例加入二甲亞砜和重量濃度為40％的氫氟酸作為電解液，以硅片為陽(yáng)極，鉑電極為陰極，進(jìn)行電解刻蝕，設(shè)定電流強(qiáng)度波動(dòng)范圍為35～100mA，每個(gè)波動(dòng)周期為3秒，重復(fù)波動(dòng)次數(shù)為30～75次，刻蝕結(jié)束后用乙醇多次清洗硅片，再用氮?dú)獯蹈?；B)、將上述刻蝕后的硅片在210℃下與十一碳烯酸反應(yīng)1小時(shí)，形成多孔硅片；C)、將步驟B中所得多孔硅片在濃度為1～5mg/mL的酸堿敏感染料溶液中，浸泡時(shí)間為5～30分鐘，取出干燥后，制成所需的氨敏材料；酸堿敏感染料采用溴酚藍(lán)溶液、溴百里酚香蘭溶液、溴甲酚綠溶液、溴甲酚紫溶液、次甲基藍(lán)溶液中的任意一種。
全文摘要
一種用于檢測(cè)空氣中氨濃度的氨敏材料的制備方法，其特征在于采用以下步驟將N型硅片固定在電解池中，以二甲亞砜和氫氟酸作為電解液，以硅片為陽(yáng)極，鉑電極為陰極，在一定電流條件下進(jìn)行電解刻蝕；將刻蝕后的硅片在210℃下與十一碳烯酸反應(yīng)1小時(shí)；將多孔硅片在酸堿敏感染料溶液中浸泡取出干燥后，制成所需的氨敏材料。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較，具有如下突出的優(yōu)點(diǎn)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(yīng)時(shí)間為40s，恢復(fù)時(shí)間不大于1min，信號(hào)響應(yīng)及恢復(fù)速度快；4)本氨敏材料的半峰寬度可以控制在10nm以內(nèi)，分辨率高；5)使用壽命為4年；6)體積小，利于傳感器的微型化，集成化。
文檔編號(hào)G01N27/406GK101566595SQ200910099308
公開(kāi)日2009年10月28日 申請(qǐng)日期2009年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月4日
發(fā)明者商云嶺, 鄔建敏 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)