CN102798648A - 基于柔性衬底的传感器膜材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于柔性衬底的在常温下检测气体的传感器敏感膜材料的制备方法，该方法包括：清洗柔性衬底，在柔性衬底上涂敷光刻胶，然后光刻显影，刻蚀掉部分光刻胶形成电极图形；在形成有电极图形的柔性衬底上依次形成Cr层和Au层，并剥离形成Cr/Au电极；然后采用浸涂或丝网印刷等方法在已形成Cr/Au电极的衬底上淀积一层掺杂碳纳米管的聚间氨基苯酚薄膜。本发明提供的这种基于柔性衬底的敏感膜材料，碳纳米管的掺杂完全取代了传统的在聚间氨基苯酚中掺入的浓强酸的作用，除此之外，碳纳米管的掺杂还提高了聚间氨基苯酚材料在常温下对醇类及氨气检测的灵敏度，同时还实现了在柔性衬底上的可操作性。
Description
技术领域
本发明涉及基于柔性衬底的气体传感器技术领域，特别是一种基于柔性衬底的在常温下检测气体的传感器敏感膜材料的制备方法，该传感器敏感膜材料用于在常温下检测醇类(甲醇、乙醇、异丙醇等)及氨气。
背景技术
随着时代的发展，科技的进步和人类生活的需要。近几年，传感器的发展面临着巨大的挑战，制造出一种轻便，廉价，可大面积制造的传感器势在必行。基于柔性衬底的气体传感器由于其柔韧性等种种优点而使很多问题得到根本性的改善，从而使其具有更加广阔的应用前景。
目前，环境问题和食品安全成为全社会人民关注的焦点，精确检测空气中醇类(甲醇、乙醇、异丙醇等)及氨气的浓度在化工、医药、食品等行业都具有十分重要的意义，氨气对人体健康和环境保护都有不利的影响，而挥发性醇类(甲醇、乙醇、异丙醇等)是食品变质产生的主要气体，因此，制备一种对醇类(甲醇、乙醇、异丙醇等)及氨气敏感的传感器膜材料成为一项非常重要的任务。
对此，目前利用聚间氨基苯酚作为敏感材料检测气体往往是经掺杂发烟硫酸、高氯酸或其他一些强酸类溶剂，这是由于聚间氨基苯酚材料本身的导电性比较差，掺杂浓强酸可以提高其导电性；另一方面由于浓强酸自身的酸性比较强，可以打破聚间氨基苯酚分子内氢键，与酚羟基邻位的亚氨基发生中和反应生成盐，独立出酚羟基。酚羟基与醇类(甲醇、乙醇、异丙醇等)及氨气的反应，主要是酚羟基与醇或者是与氨气形成氢键，或者是由于酚羟基的弱酸性，可以和氨气发生反应，从而实现对这些气体的检测。
然而，基于柔性衬底的传感器，强酸的掺杂会对柔性衬底产生一定的腐蚀性，可操作性差。用经氧化处理的碳纳米管和聚间氨基苯酚混合做为敏感膜材料，经氧化处理的碳纳米管可以很好的与聚间氨基苯酚混合并均匀分散在敏感膜的各个区域，提高了材料的导电性，同时，碳纳米管的加入增大了聚间氨基苯酚分子的空间位阻，破坏其分子内氢键，而且氧化处理后的碳纳米管壁连有-COOH，可以和聚间氨基苯酚分子中的亚氨基发生中和反应，进而独立出酚羟基这一反应位点。
总之，碳纳米管的掺杂完全取代了传统的在聚间氨基苯酚中掺入的浓强酸的作用，除此之外，碳纳米管的掺杂还提高了聚间氨基苯酚材料的灵敏度，同时还为应用于柔性传感器提供了可行性。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于柔性衬底的在常温下检测气体的传感器敏感膜材料的制备方法。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种基于柔性衬底的在常温下检测气体的传感器敏感膜材料的制备方法，该方法包括：清洗柔性衬底，在柔性衬底上涂敷光刻胶，然后光刻显影，刻蚀掉部分光刻胶形成电极图形；在形成有电极图形的柔性衬底上依次形成Cr层和Au层，并剥离形成Cr/Au电极；采用浸涂或丝网印刷等方法在已形成Cr/Au电极的衬底上淀积一层掺杂碳纳米管的聚间氨基苯酚薄膜。
上述方案中，所述柔性衬底是PI或PET。
上述方案中，所述在形成有电极图形的柔性衬底上依次形成Cr层和Au层，是采用电子束蒸发或其它镀膜技术在形成有电极图形的柔性衬底上依次形成Cr层和Au层。所述剥离形成Cr/Au电极，是剥离已光刻显影后的柔性衬底上的光刻胶及该光刻胶上的Cr和Au，剥离后剩余的Cr和Au形成Cr/Au电极。
上述方案中，所述掺杂的碳纳米管是经氧化处理过的碳纳米管。所述经氧化处理过的碳纳米管，其功能在于：一方面使碳纳米管能与聚间氨基苯酚同时溶于二甲亚砜或其他可溶的有机溶剂中，实现碳纳米管在聚间氨基苯酚中的均匀分散；另一方面，氧化处理后的碳纳米管侧壁连有-COOH基团，该-COOH基团能与聚间氨基苯酚中的亚氨基反应生成盐，从而破坏聚间氨基苯酚分子中亚氨基和邻位酚羟基形成的氢键，把酚羟基独立出来，为醇类及氨气的检测保留反应位点。
上述方案中，所述聚间氨基苯酚薄膜是掺杂碳纳米管的聚间氨基苯酚，用于在常温下对气体进行检测，其中碳纳米管的掺杂一方面增强聚间氨基苯酚材料的导电性及对气体检测的可行性，另一方面提高敏感膜在常温下对醇类及氨气的检测灵敏度。所述醇类至少包括甲醇、乙醇或异丙醇。
(三)有益效果
本发明的有益效果是，通过在Cr，Au薄膜上淀积一层氧化处理的碳纳米管和聚间氨基苯酚的混和物敏感膜材料，以此在常温下检测低浓度的醇类(甲醇、乙醇、异丙醇等)及氨气这类气体。本发明提供的这种通过氧化处理来提高碳纳米管分散性并与聚间氨基苯酚混合的基于柔性衬底的敏感膜材料，碳纳米管的掺杂完全取代了传统的在聚间氨基苯酚中掺入的浓强酸的作用，除此之外，碳纳米管的掺杂实现了聚间氨基苯酚材料对气体检测的可行性，提高了敏感膜在常温下对醇类(甲醇、乙醇、异丙醇等)及氨气检测的灵敏度，同时还实现了在柔性衬底上的可操作性。
附图说明
为了更进一步说明本发明的内容，以下结合附图及实施例子，对本发明做详细描述，其中：
图1是依照本发明实施例的基于柔性衬底的在常温下检测气体的传感器膜材料的制备方法流程图。
图2-1至图2-5是依照本发明实施例的基于柔性衬底的在常温下检测气体的传感器膜材料的制备工艺流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明属于常温检测的基于柔性衬底(PI，PET等)的气体传感器领域，特别是一种基于柔性衬底的检测醇类(甲醇、乙醇、异丙醇等)及氨气的传感器敏感膜材料的制备方法。
如图1所示，图1是依照本发明实施例的基于柔性衬底的在常温下检测气体的传感器膜材料的制备方法流程图，该方法包括以下步骤：
步骤1：清洗柔性衬底，在柔性衬底上涂敷光刻胶，然后光刻显影，刻蚀掉部分光刻胶形成电极图形；
步骤2：在形成有电极图形的柔性衬底上依次形成Cr层和Au层，并剥离形成Cr/Au电极；
步骤3：采用浸涂或丝网印刷的方法在已形成Cr/Au电极的衬底上淀积一层掺杂碳纳米管的聚间氨基苯酚薄膜。
步骤1中所述柔性衬底是PI或PET，图2-1是柔性衬底的示意图，图2-2是光刻显影后柔性衬底的示意图。
步骤2中所述在形成有电极图形的柔性衬底上依次形成Cr层和Au层，是采用电子束蒸发或其它镀膜技术，在形成有电极图形的柔性衬底上依次形成Cr层和Au层；图2-3是在柔性衬底上沉积Cr和Au后的示意图。
步骤2中所述剥离形成Cr/Au电极，是剥离已光刻显影后的柔性衬底上的光刻胶及该光刻胶上的Cr和Au，剥离后剩余的Cr和Au形成Cr/Au电极；图2-4是剥离后的示意图。
步骤3中所述掺杂碳纳米管是经氧化处理过的碳纳米管。所述经氧化处理过的碳纳米管，其功能在于：一方面使碳纳米管能与聚间氨基苯酚同时溶于二甲亚砜或其他可溶的有机溶剂中，实现碳纳米管在聚间氨基苯酚中的均匀分散；另一方面，氧化处理后的碳纳米管侧壁连有-COOH基团，该-COOH基团能与聚间氨基苯酚中的亚氨基反应生成盐，从而破坏聚间氨基苯酚分子中亚氨基和邻位酚羟基形成的氢键，把酚羟基独立出来，为醇类及氨气的检测保留反应位点。
所述聚间氨基苯酚薄膜是掺杂碳纳米管的聚间氨基苯酚，用于常温下对气体的检测，其中碳纳米管的掺杂一方面增强聚间氨基苯酚材料的导电性和用于气体检测的可行性，另一方面提高敏感膜在常温下对醇类及氨气的检测灵敏度。所述醇类至少包括甲醇、乙醇或异丙醇。图2-5是在柔性衬底上淀积掺杂碳纳米管的聚间氨基苯酚材料的示意图。
依照本发明实施例的基于柔性衬底的在常温下检测气体的传感器膜材料的制备方法，首先清洗柔性衬底，然后采用电子束蒸发或其他镀膜技术依次在衬底上沉积Cr、Au，剥离形成Cr/Au电极，并采用浸涂或丝网印刷等方法在已形成Cr/Au电极的衬底上淀积一层掺杂碳纳米管的聚间氨基苯酚材料，从而得到一分布均匀，厚度适中的敏感膜，该敏感膜在常温下能够对醇类(甲醇、乙醇、异丙醇等)及氨气有较好的检测灵敏度。一种用于检测醇类(甲醇、乙醇、异丙醇等)及氨气的基于柔性衬底的气体传感器膜材料，是经清洗衬底，然后采用电子束蒸发或其它镀膜技术依次在衬底上沉积Cr，Au，剥离形成Cr/Au电极，并采用浸涂或丝网印刷等方法在已形成Cr/Au电极的衬底上淀积一层经氧化处理的碳纳米管和聚间氨基苯酚的混和物材料。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于柔性衬底的在常温下检测气体的传感器膜材料的制备方法，其特征在于，该方法包括：
清洗柔性衬底，在柔性衬底上涂敷光刻胶，然后光刻显影，刻蚀掉部分光刻胶形成电极图形；
在形成有电极图形的柔性衬底上依次形成Cr层和Au层，并剥离形成Cr/Au电极；以及采用浸涂或丝网印刷的方法在已形成Cr/Au电极的衬底上淀积一层掺杂碳纳米管的聚间氨基苯酚薄膜。
2.根据权利要求1所述的基于柔性衬底的在常温下检测气体的传感器膜材料的制备方法，其特征在于，所述柔性衬底是PI或PET。
3.根据权利要求1所述的基于柔性衬底的在常温下检测气体的传感器膜材料的制备方法，其特征在于，所述的在形成有电极图形的柔性衬底上依次形成Cr层和Au层，是采用电子束蒸发或其它镀膜技术在形成有电极图形的柔性衬底上依次形成Cr层和Au层。
4.根据权利要求3所述的基于柔性衬底的在常温下检测气体的传感器膜材料的制备方法，其特征在于，所述剥离形成Cr/Au电极，是剥离已光刻显影后的柔性衬底上的光刻胶及该光刻胶上的Cr和Au，剥离后剩余的Cr和Au形成Cr/Au电极。
5.根据权利要求1所述的基于柔性衬底的在常温下检测气体的传感器膜材料的制备方法，其特征在于，所述掺杂的碳纳米管是经氧化处理后的碳纳米管。
6.根据权利要求5所述的基于柔性衬底的在常温下检测气体的传感器膜材料的制备方法，其特征在于，所述经氧化处理过的碳纳米管，其功能在于：
一方面使碳纳米管能与聚间氨基苯酚同时溶于二甲亚砜或其他可溶的有机溶剂中，实现碳纳米管在聚间氨基苯酚中的均匀分散；
另一方面，氧化处理后的碳纳米管侧壁连有-COOH基团，该-COOH基团能与聚间氨基苯酚中的亚氨基反应生成盐，从而破坏聚间氨基苯酚分子中亚氨基和邻位酚羟基形成的氢键，把酚羟基独立出来，为醇类及氨气的检测保留反应位点。
7.根据权利要求1所述的基于柔性衬底的在常温下检测气体的传感器膜材料的制备方法，其特征在于，所述聚间氨基苯酚薄膜是掺杂碳纳米管的聚间氨基苯酚形成的敏感膜，用于在常温下对气体的检测，其中碳纳米管的掺杂一方面增强聚间氨基苯酚材料的导电性和对气体检测的可行性，另一方面提高敏感膜在常温下对醇类及氨气的检测灵敏度。
8.根据权利要求6或7所述的基于柔性衬底的在常温下检测气体的传感器膜材料的制备方法，其特征在于，所述醇类至少包括甲醇、乙醇或异丙醇。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20121128 |