CN108241017B - 一种基于肺泡仿生学结构的柔性自驱动气体传感器及其制备方法 - Google Patents

一种基于肺泡仿生学结构的柔性自驱动气体传感器及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种基于肺泡仿生学结构的柔性气体自驱动传感器，属于气体传感器技术领域。本发明包括自上而下依次层叠设置的绝缘基底，两面分别沉积电极层和气敏薄膜层的第一摩擦起电层和采用弹性材料的第二摩擦起电层，第一、第二摩擦起电层在四周边缘处固定，绝缘基底、电极层、第一摩擦起电层和气敏薄膜层的中央形成气体通道，在气流作用下，第一、二摩擦起电层未固定部分形成接触‑分离循环以产生感应电荷，从而向外输出带有气体浓度特征的电学信号。与传统气体传感器相比，本发明不需要外部供电系统即可自发检测气体浓度，并且传感器的输出性能稳定，结构轻便易携，易于安装放置，制作简单，加工成本低，有利于实现自供能呼吸传感器的大规模生产。

Description

一种基于肺泡仿生学结构的柔性自驱动气体传感器及其制备 方法
技术领域
本发明属于气体传感器技术领域，特别涉及一种基于肺泡仿生学结构的柔性自驱动气体传感器及其制备方法。
背景技术
气体传感器广泛应用于军事、气象、农业、工业(特别是纺织、电子、食品)、医疗、建筑以及家用电器等方面。载人航天、战机、潜艇、舰船等密闭环境系统存在多种余种有毒有害气体，严重威胁人员生命安全、工业废气和汽车尾气的排放是造成环境污染的主要因素之一、家居制造与装修过程中释放废气对人体的免疫系统、生殖系统均有不良影响甚至具有致癌效应。因此，研究有毒有害气体的传感器技术成为了本领域关注的热点。
就目前而言，在高度集成化的微电子器件快速发展的同时，微电子器件能源供应系统的研究却相对滞后。为了适应小型化、便携化、多功能等需求，气体传感器的能源都直接或者间接地来自电池这种传统的供能器件。而电池由于自身难以克服的局限性，比如：较大的体积和重量、有限的使用寿命，对环境和人体存在潜在危害等缺陷，使得采用电池供给能量的传感器很难适应可持续、低成本、绿色环保的发展趋势。另外，现有气体传感器尤其是半导体气体传感器，其使用的气敏材料的气敏特性大多与温度相关，而传统气体传感器加热单元功耗较大，同时，为了实现对气体有效的检测和辨别，往往将气体传感器组成阵列来提高传感器的选择性，这就导致整个节点的功耗非常大，仅仅依靠电池供电无法长期满足此类传感器节点的需求。因此，实现长期稳定可靠的外部直接供电比较困难，通过自供能技术将环境中的能量转化为电能，是解决无线传感节点供电的一种理想方案。
机械能是广泛存在的能量形式，其形式多种多样。机械能虽然广泛存在，但是常常被忽视，没有有效的收集手段加以利用，造成了能量的浪费。摩擦起电是日常生活中一种十分普遍的现象，它是指通过物体之间物理接触从而产生电荷转移的过程。摩擦起电过程也是日常静电的由来，摩擦电荷的形成依赖于接触材料的摩擦电极性的差别。虽然摩擦起电这一普遍现象被人类认识近千年的时间，但是其形成机制仍然没有被完全研究清楚。目前，比较被认同的一种解释是，在两种材料接触的时候，在其接触处部分位置形成了化学键。电荷从一种材料转移到另一种材料以平衡两者的电化学势。目前，机械能转化为电能的发电机利用的原理主要有静电感应，电磁感应及压电效应等。然而，电磁感应发电机和压电发电机普遍存在结构复杂，对材料要求严苛以及成本较高等缺陷；静电脉冲发电机在小型化、轻量化及集成化方面有所不足，输出功率密度较小，不能满足对人体运动等生物机械能收集的需要；现有静电感应发电机存在体积大，适用性窄等缺陷。上述缺陷均限制了基于机械能转化为电能的发电机在实际中的广泛应用。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种集供能、传感于一体的气体传感器，利用肺泡仿生学结构原理将气敏元件与供能单元集成，充分利用环境中机械能来转换得到电能，从而实现自供能传感器自主探测气体，本发明结构简单轻便、加工成本低、实用性高。
为了实现上述目的，本发明提出如下技术方案：
一方面，本发明提供一种基于肺泡仿生学结构的柔性气体自驱动传感器，其特征在于：包括自下而上层叠设置的绝缘基底，第一摩擦部件和第二摩擦部件；
所述第一摩擦部件包括：第一摩擦起电层，电极层和气敏薄膜层，所述第一摩擦起电层具有相对设置的第一表面和第二表面，所述第一表面沉积有气敏材料，所述第二表面沉积有电极材料；
所述第二摩擦部件包括：第二摩擦起电层，所述第二摩擦起电层与第一摩擦起电层上气敏薄膜层所在面相接触且二者边缘处固定，第二摩擦起电层为具有弹性的柔性薄膜材料；
第一摩擦部件和第二摩擦部件与绝缘基底固定，绝缘基底和第一摩擦部件的中央开设有通孔形成气体通道，在常压下，第一摩擦起电层与第二摩擦起电层之间相互接触，在气流作用下，第二摩擦起电层与第一摩擦起电层之间的未固定部分形成接触-分离循环以产生感应电荷，并通过电极层向检测电路输出电学信号。
进一步地，本发明中第一摩擦起电层的材料与第二摩擦起电层的材料之间存在摩擦电极序差异；在满足上述条件时，第一摩擦层的材料优选为尼龙(Nylon)、铁氟龙(PTFE)、聚氟乙烯(PDMS)、三聚氰胺、全氟乙烯丙烯共聚物和聚酰亚胺(PI)中任一种或者多种，第二摩擦层的材料优选为乳胶(latex)和橡胶(Rubber)中任一种或者二者形成的复合材料。更进一步地，第二摩擦起电层的材料随气压变化能发生弹性形变。
进一步地，第一摩擦层的厚度范围为70～150μm。
进一步地，第二摩擦层的厚度范围为50～100μm。
进一步地，本发明中气敏材料是对目标气体敏感的有机聚合物、金属氧化物及无机材料中任一种或者任意多种形成的复合材料。
作为优选方式，所述有机聚合物包括但不限于：聚氧化乙烯、聚乙烯亚胺、聚苯乙烯磺酸钠、聚苯胺、聚酰亚胺和壳聚糖中任意一种或者多种。
作为优选方式，所述金属氧化物包括但不限于：γ-Fe2O3、α-Fe2O3、ZnO2、CuO和SnO2中任一种或多种形成的复合材料。
作为优选方式，所述无机材料包括二维碳材料，比如石墨烯及其衍生物。
进一步地，本发明中电极层的材料为铝、镍、铜、银、金或者氧化铟锡。
进一步地，本发明中电极层的厚度范围为100～200nm。
另一方面，本发明提供一种基于肺泡仿生学结构的柔性气体自驱动传感器的制备方法，包括如下步骤：
步骤A：在第一摩擦起电层的一面沉积电极材料形成电极层，其相对另一面沉积气敏材料形成气敏薄膜层，然后将经上述处理得到的第一摩擦起电层和绝缘基底的中央对应切割得到通孔；
步骤B：将第二摩擦起电层的四周边缘与第一摩擦起电层上气敏薄膜层所在面的四周边缘固定；
步骤C：将固定有第二摩擦起电层的第一摩擦起电层固定在柔性绝缘基板上，固定时第一摩擦起电层与绝缘基底上的通孔对齐形成气体通道，使得第一摩擦起电层和第二摩擦起电层在气流作用下形成接触-分离循环，并通过电极层向检测电路输出电学信号。
进一步地，本发明中第一摩擦起电层的材料与第二摩擦起电层的材料之间存在摩擦电极序差异；在满足上述条件时，第一摩擦层的材料优选为尼龙(Nylon)、铁氟龙(PTFE)、聚氟乙烯(PDMS)、三聚氰胺、全氟乙烯丙烯共聚物和聚酰亚胺(PI)中任一种或者多种，第二摩擦层的材料优选为乳胶(latex)和橡胶(Rubber)中任一种或者二者形成的复合材料。更进一步地，本发明中气敏材料是对目标气体敏感的有机聚合物、金属氧化物及无机材料中任一种或者任意多种形成的复合材料。
进一步地，第一摩擦层的厚度范围为70～150μm。
进一步地，第二摩擦层的厚度范围为50～100μm。
作为优选方式，所述有机聚合物包括但不限于：聚氧化乙烯、聚乙烯亚胺、聚苯乙烯磺酸钠、聚苯胺、聚酰亚胺和壳聚糖中任意一种或者多种。
作为优选方式，所述金属氧化物包括但不限于：γ-Fe2O3、α-Fe2O3、ZnO2、CuO和SnO2中任一种或多种形成的复合材料。
作为优选方式，所述无机材料包括二维碳材料，比如石墨烯及其衍生物。
进一步地，本发明中电极层的材料为铝、镍、铜、银、金或者氧化铟锡。
进一步地，本发明中电极层的厚度范围为100～200nm。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明仿照生物体肺泡结构，设置相互接触的两个摩擦部件且将二者边缘处固定，通过在第一摩擦部件内部形成气体通道，并采用弹性材料制成第二摩擦部件，气体进入气体通道时气压变大，所述弹性材料发生弹性形变，表现为膨胀，如同生物体吸气过程，紧接着气体从气体通道排出时气压变小，弹性材料发生弹性回复，表现为收缩，如同生物体呼气过程；膨胀和收缩过程的反复进行使得两个摩擦部件产生接触-分离循环，进而产生感应电势，向外输出电学信号；同时，在第一摩擦部件与第二摩擦部件接触的一面沉积气敏材料，这样在发生上述接触-分离循环时，气敏材料吸附不同浓度待测气体分子后产生的电荷数目不同，从而对电极产生静电屏蔽效应，凭借气体浓度与电学信号之间的关系，即可通过输出的电学信号得到待测气体的浓度。与传统气体传感器相比，本发明不需要外部供电系统，利用通入待测气体的气流所具有的动能即可驱动器件自发检测气体浓度；并且，本发明提供的气体传感器输出性能稳定，可以将输出不稳定所造成的测量误差降到最小；此外，本发明具有结构轻便易携，易于安装放置，制作简单，对材料无特殊要求，加工成本低的优势，有利于实现自供能呼吸传感器的大规模生产。
附图说明
图1为本发明具体实施例提供的自供能气体传感器的结构示意图。
图2为本发明具体实施例提供的自供能气体传感器的制备工艺流程图。
图3为本发明具体实施例提供的自供能气体传感器收集通入气流动能的供电机理。
图4为本发明具体实施例提供的自供能气体传感器的气敏传感机理。
图5为本发明具体实施例提供的自供能气体传感器在通入干燥空气时的输出开路电压图。
图6为本发明具体实施例提供的自供能气体传感器在通入不同浓度二氧化氮气体时的输出电压变化图。
图中：1为有机玻璃基板，2为铜电极层，3为尼龙薄膜。4为乳胶薄膜，5为气体通道，6为Keithley6514静电计，7为气敏薄膜层。
具体实施方式
下面结合具体实施例和说明书附图对本发明的原理和特性进行详细说明：
实施例1：
一种基于肺泡仿生学结构的柔性气体自驱动传感器如图1所示，其特征在于：包括自下而上层叠设置的绝缘基底，第一摩擦部件和第二摩擦部件；
所述第一摩擦部件包括：第一摩擦起电层，电极层和气敏薄膜层，所述第一摩擦起电层具有相对设置的第一表面和第二表面，所述第一表面沉积有气敏材料，所述第二表面沉积有电极材料；
所述第二摩擦部件包括：第二摩擦起电层，所述第二摩擦起电层与第一摩擦起电层上气敏薄膜层所在面相接触且二者边缘处固定，第二摩擦起电层为随气压变化发生形变的弹性薄膜材料；
第一摩擦部件和第二摩擦部件与绝缘基底固定，绝缘基底和第一摩擦部件的中央开设有通孔形成气体通道，在常压下，第一摩擦起电层与第二摩擦起电层之间相互接触，在气流作用下，第二摩擦起电层与第一摩擦起电层之间的未固定部分形成接触-分离循环以产生感应电荷，并通过电极层向检测电路输出电学信号。
进一步地，所述第一摩擦起电层的材料与第二摩擦起电层的材料之间存在摩擦电极序差异。作为优选实施方式，第一摩擦层的材料优选为尼龙(Nylon)、铁氟龙(PTFE)、聚氟乙烯(PDMS)、三聚氰胺、全氟乙烯丙烯共聚物和聚酰亚胺(PI)中任一种或者多种，第二摩擦层的材料优选为乳胶(latex)和橡胶(Rubber)中任一种或者二者形成的复合材料，第一摩擦起电层的材料与第二摩擦起电层的材料之间存在摩擦电极序差异越大，效果越好。
本发明中所述的“摩擦电极序”是根据材料对电荷的吸引程度对其进行排序，目前认为，两种存在摩擦电极序差异的材料在相互接触的瞬间，在接触面上负电荷从摩擦电极序中极性较正的材料表面转移至摩擦电极序中极性较负的材料表面。需要说明的是，摩擦电极序只是一种基于经验的统计结果，即两种材料在该序列中相差越远，接触后所产生电荷的正负性和该序列相符合的几率就越大，而且实际的结果受到多种因素的影响，比如材料表面粗糙度、环境湿度和是否有相对摩擦等。
更进一步地，本发明中气敏材料是对目标气体敏感的有机聚合物、金属氧化物及无机材料中任一种或者任意多种形成的复合材料。
作为优选方式，所述有机聚合物包括但不限于：聚氧化乙烯、聚乙烯亚胺、聚苯乙烯磺酸钠、聚苯胺、聚酰亚胺和壳聚糖中任意一种或者多种。
作为优选方式，所述金属氧化物包括但不限于：γ-Fe2O3、α-Fe2O3、ZnO2、CuO和SnO2中任一种或多种形成的复合材料。
作为优选方式，所述无机材料包括二维碳材料，比如石墨烯。
实施例2：
一种基于肺泡仿生学结构的柔性自驱动二氧化氮传感器的制作工艺流程如图2所示，具体包括如下步骤：
(1)、选用1mm的有机玻璃基板1，50μm的乳胶薄膜4、75μm的尼龙薄膜3，并采用丙酮、乙醇等化学试剂将其清洗并干燥；
(2)、通过激光切割机将清洗好的有机玻璃1、乳胶薄膜4、尼龙薄膜3切割成4cm×4cm的正方形结构；
(3)、在4cm×4cm的尼龙薄膜3单面蒸镀一层铜层作为电极层，本发明对电极层的沉积方式不做限定，本实施例采用使用热蒸发法；通过激光切割机在镀有铜电极层2的正方形尼龙薄膜中央以及有机玻璃基板1中央切割形成直径为4mm的圆形通气孔；
(4)、在尼龙薄膜3未蒸镀铜电极层2的一面上沉积一层碱掺杂WO3薄膜作为对二氧化氮敏感的气敏薄膜层7，二氧化氮与气敏材料发生反应将改变气敏薄膜层表面电荷密度，从而改变输出电压，本发明对气敏薄膜层7的沉积方式不做限定，本实施例采用化学气相沉积方法；
(5)、采用环氧树脂将乳胶薄膜4与尼龙薄膜3上沉积有气敏薄膜层的一面在边缘处固定，然后将固定有乳胶薄膜4的尼龙薄膜3紧密固定于有机玻璃基底上，将导气管插入气体通道5中，在气流的作用下乳胶薄膜4与尼龙薄膜3形成接触-分离循环；
(6)、随通入待测气体的浓度发生变化时，发电机的输出电信号响应也随之发生改变，铜电极层2与数字静电计相连，本实施例采用Keithley6514静电计6，通过Keithley6514静电计6即可检测得到传感器的输出电压/电流信号，从而推导得到通入待测气体的浓度。
基于上述操作得到的自供气体传感器的尺寸大小仅为4cm×4cm×0.2cm，基于本发明气体传感器结构将发电单元、传感单元以及检测电路成功地集成在一个小型绝缘测试腔内部从而实现自供能，例如，运用本申请提供的气体传感器能够将人体呼吸及汽车尾气的气流动能转化为气体检测所需电能。此外，本发明提出的供电、传感一体化结构不仅简化了传统气体传感器结构，而且方便携带、易于安装放置。
基于肺泡仿生学结构的自驱动气体传感器的发电原理如图3所示，由于采用的是肺泡仿生学结构，在气流作用下，乳胶薄膜4与尼龙薄膜3之间的密闭空间气压增大，从而使得乳胶薄膜4膨胀与尼龙薄膜3分离，而乳胶薄膜4是弹性材料，随外力作用消失会发生弹性回复，从而使得乳胶薄膜4与尼龙薄膜3重新接触。随着乳胶薄膜4与尼龙薄膜3不断接触分离，整个过程与肺泡工作原理相似，这样的接触-分离循环使得铜电极层2与接地点之间发生交变的电子转移，从而输出交变电学信号，从而将机械能转换为电能；在不同待测气体浓度环境，由于气体敏感薄膜层7吸附待测气体分子之后生成的带电荷离子数目不同，将会对电极产生静电屏蔽效应，从而使得发电机输出电学信号与通入待测气体的浓度具有一定的线性关系，因此通过检测发电机输出电学参量的变化，即能反推出环境中待测气体的浓度。
下面结合图4详细说明本发明提出自供能传感器的气敏机理，具体选择乳胶薄膜4膨胀到最高位置时的静电感应作用进行说明：当向测试腔通入干燥空气时，传感器的输出电信号相对较小，这主要是由乳胶薄膜4与其下层的尼龙薄膜3相靠近所产生的摩擦电荷量来决定，如图4(a)所示；当通入低浓度二氧化氮(NO2)时，由于二氧化氮为氧化性气体，吸附在气敏薄膜层7表面后与之发生氧化还原反应，在气敏薄膜层7表面生成一层带负电的NO2 -离子，这层NO2 -离子将对下面的尼龙薄膜4产生静电感应效应，使得尼龙薄膜3上由静电感应所形成的正电荷增加，从而使得铜电极层2与接地点之间的电势差升高，传感器输出的电压信号变大，如图4(b)所示；随着通入二氧化氮浓度加大，气敏薄膜层7表面形成的NO2 -离子增多，对尼龙薄膜3的静电感应效果加强，传感器的输出电信号进一步增加，如图4(c)所示。根据本领域公知常识可知，当待测气体为还原性气体时，所用气敏薄膜层7与之发生氧化还原反应，会在所用气敏薄膜层7表面生成一层带正电的离子，正电离子同样会产生静电感应效应。因此，在通入不同浓度待测气体时，会使气敏薄膜层7表面带电荷离子数目改变，从而气敏薄膜层7对尼龙薄膜3的静电感应能力发生改变，进而导致铜电极层2与接地点之间输出电信号随之改变，通过数字静电计检测传感器输出电学信号，即可反推出待测气体浓度，由传感器输出的电学信号反推得到待测气体浓度为现有技术，故在此不再赘述。
图5为通入干燥空气时该摩擦发电机的输出开路电压，从图5中可以看出，该结构能在通入干燥空气时可以产生一个稳定的电压；图6为通入不同浓度二氧化氮时所测得的发电机输出电压变化图，从图6中可以看出，随着通入NO2浓度的升高，开路电压有着明显的线性提升，故此可作为气体检测的依据。
实施例3：
本实施例意在制作一种基于肺泡仿生学结构的柔性自驱动氨气传感器，相比实施例2除了将气敏薄膜层7的材料替换为聚苯胺薄膜，其余步骤均与实施例2相同。
实施例4：
本实施例相比实施例3的不同在于：将尼龙薄膜替换为全氟乙烯丙烯共聚物(FEP)薄膜，将乳胶薄膜替换为橡胶薄膜。
实施例5：
本实施例意在制作一种基于肺泡仿生学结构的柔性自驱动丙酮传感器，相比实施例2除了将气敏薄膜层7的材料替换为壳聚糖-氨基化石墨烯薄膜，其余步骤均与实施例2相同。
实施例6：
本实施例相比实施例5的不同在于：将尼龙薄膜替换为三聚氰胺薄膜，将乳胶薄膜替换为乳胶-橡胶复合薄膜。
实施例7：
本实施例意在制作一种基于肺泡仿生学结构的柔性自驱动硫化氢传感器，相比实施例2除了将气敏薄膜层7的材料替换为SnO2-CuO纳米纤维薄膜，其余步骤均与实施例2相同。

Claims (9)

1.一种基于肺泡仿生学结构的柔性自驱动气体传感器，其特征在于：包括自下而上层叠设置的柔性绝缘基底，第一摩擦部件和第二摩擦部件；
所述第一摩擦部件包括：第一摩擦起电层，电极层和气敏薄膜层，所述第一摩擦起电层具有相对设置的第一表面和第二表面，所述第一表面沉积有气敏材料，所述第二表面沉积有电极材料；
所述第二摩擦部件包括：第二摩擦起电层，所述第二摩擦起电层与第一摩擦起电层上气敏薄膜层所在面相接触且二者边缘处固定，第二摩擦起电层的材料为具有弹性的柔性薄膜材料；
第一摩擦部件和第二摩擦部件与柔性绝缘基底固定，柔性绝缘基底和第一摩擦部件的中央开设有通孔形成空气通道，在常压下，第一摩擦起电层与第二摩擦起电层之间相互接触，在气流作用下，第二摩擦起电层与第一摩擦起电层之间的未固定部分形成接触-分离循环以产生感应电荷，并通过电极层向检测电路输出电学信号；
所述第二摩擦起电层的材料随气压变化能发生弹性形变。
2.根据权利要求1所述的一种基于肺泡仿生学结构的柔性自驱动气体传感器，其特征在于：第一摩擦起电层的材料与第二摩擦起电层的材料之间存在摩擦电极序差异。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于肺泡仿生学结构的柔性自驱动气体传感器，其特征在于：第一摩擦起电层的材料为尼龙、铁氟龙、聚氟乙烯、三聚氰胺、全氟乙烯丙烯共聚物和聚酰亚胺中任一种或者多种形成的复合材料，第二摩擦起电层的材料为乳胶和橡胶中任一种或者二者形成的复合材料。
4.根据权利要求1所述的一种基于肺泡仿生学结构的柔性自驱动气体传感器，其特征在于：所述气敏材料是对目标气体敏感的有机聚合物、金属氧化物及无机材料中任一种或者任意多种形成的复合材料；所述有机聚合物包括聚氧化乙烯、聚乙烯亚胺、聚苯乙烯磺酸钠、聚苯胺、聚酰亚胺和壳聚糖中任意一种或者多种形成的复合材料；所述金属氧化物包括γ-Fe2O3、α-Fe2O3、ZnO2、CuO和SnO2中任一种或多种形成的复合材料；所述无机材料包括二维碳材料。
5.根据权利要求1所述的一种基于肺泡仿生学结构的柔性自驱动气体传感器，其特征在于：所述电极层的材料为铝、镍、铜、银、金或者氧化铟锡。
6.根据权利要求5所述的一种基于肺泡仿生学结构的柔性自驱动气体传感器，其特征在于：电极层的厚度范围为100～200nm。
7.一种基于肺泡仿生学结构的柔性自驱动气体传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:
步骤A：在第一摩擦起电层的一面沉积电极材料形成电极层，其相对另一面沉积气敏材料形成气敏薄膜层，然后将经上述处理得到的第一摩擦起电层和柔性绝缘基底的中央对应切割得到通孔；
步骤B：将第二摩擦起电层的四周边缘与第一摩擦起电层上气敏薄膜层所在面的四周边缘固定；
步骤C：将固定有第二摩擦起电层的第一摩擦起电层固定在柔性绝缘基板上，固定时第一摩擦起电层与柔性绝缘基底上的通孔对齐形成气体通道，使得第一摩擦起电层和第二摩擦起电层在气流作用下形成接触-分离循环，并通过电极层向检测电路输出电学信号；
所述第二摩擦起电层的材料随气压变化能发生弹性形变。
8.根据权利要求7所述的一种基于肺泡仿生学结构的柔性自驱动气体传感器的制备方法，其特征在于：第一摩擦起电层的材料与第二摩擦起电层的材料之间存在摩擦电极序差异；第一摩擦起电层的材料为尼龙、铁氟龙、聚氟乙烯、三聚氰胺、全氟乙烯丙烯共聚物和聚酰亚胺中任一种或者多种形成的复合材料，第二摩擦起电层的材料为乳胶和橡胶中任一种或者二者形成的复合材料。
9.根据权利要求8所述的一种基于肺泡仿生学结构的柔性自驱动气体传感器的制备方法，其特征在于：所述气敏材料是对目标气体敏感的有机聚合物、金属氧化物及无机材料中任一种或者任意多种形成的复合材料；所述有机聚合物包括聚氧化乙烯、聚乙烯亚胺、聚苯乙烯磺酸钠、聚苯胺、聚酰亚胺和壳聚糖中任意一种或者多种形成的复合材料；所述金属氧化物包括γ-Fe2O3、α-Fe2O3、ZnO2、CuO和SnO2中任一种或多种形成的复合材料；所述无机材料包括二维碳材料。
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