本發(fā)明涉及氣體傳感器及化學(xué)傳感器，尤其涉及一種基于固態(tài)離子液體的激光誘導(dǎo)石墨烯電極、制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、在日常生活中，在工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中可能會(huì)發(fā)生有毒有害氣體的泄露，如果不及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，便可能導(dǎo)致中毒或者爆炸等嚴(yán)重后果，對(duì)人們的生命健康和財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此，有必要對(duì)有毒有害氣體的泄露進(jìn)行及時(shí)的檢測(cè)，這對(duì)安全預(yù)警和人們生命安全防護(hù)至關(guān)重要。

2、目前已有較多方法用于有毒有害氣體檢測(cè)，包括氣相色譜質(zhì)譜法(gaschromatography-mass?spectroscopy,gc-ms)、光譜法、電導(dǎo)法和電化學(xué)方法等。gc-ms法靈敏度和準(zhǔn)確性極高，但設(shè)備體積龐大、成本高昂、操作復(fù)雜、需要專門的技術(shù)人員；光譜法通過氣體對(duì)特定波長(zhǎng)光譜的吸收來實(shí)現(xiàn)定量檢測(cè)，具有高靈敏度和高選擇性的特點(diǎn)，但是需要配備光源、光學(xué)元件和探測(cè)器等復(fù)雜設(shè)備，設(shè)備的配置和維護(hù)成本較高，需要較高的功耗，對(duì)設(shè)備的使用和持久性構(gòu)成挑戰(zhàn)；電導(dǎo)法通常采用金屬氧化物半導(dǎo)體作為敏感元件，根據(jù)氣體與氧化物表面相互作用會(huì)導(dǎo)致氧化還原反應(yīng)，從而改變材料的導(dǎo)電性能，最終通過測(cè)量電阻的變化實(shí)現(xiàn)氣體濃度的檢測(cè)，但是這類傳感器選擇性較差，且工作溫度較高。與前面幾種方法相比，電化學(xué)方法具有出色的靈敏度和特異性，易于微型化，非常適合用于有毒有害氣體檢測(cè)。

3、電化學(xué)傳感器通常采用微納加工技術(shù)制造，設(shè)備昂貴、操作繁瑣、成本高。低濃度的有毒有害氣體的檢測(cè)目標(biāo)使得傳感器要具有更高的靈敏度。電化學(xué)傳感器在支持電解質(zhì)的環(huán)境下工作，目前普遍用于電解質(zhì)的室溫離子液體具有寬電化學(xué)窗口且不易揮發(fā)的優(yōu)點(diǎn)，但是液態(tài)的可流動(dòng)狀態(tài)容易發(fā)生電解質(zhì)泄露，同時(shí)也降低了傳感器的穩(wěn)定性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有氣體傳感器的不足，提供一種基于固態(tài)離子液體的激光誘導(dǎo)石墨烯電極、制備方法及應(yīng)用。

2、本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種基于固態(tài)離子液體的激光誘導(dǎo)石墨烯電極，包含柔性基板、在柔性基板上粘貼的聚酰亞胺膠帶、工作電極、參比電極、對(duì)電極、涂在參比電極上的銀/氯化銀漿料層、修飾在工作電極表面的pedot：pss薄膜層和雙金屬納米復(fù)合物、固態(tài)離子液體層、涂覆導(dǎo)電銀漿形成的銀導(dǎo)電區(qū)域以及絕緣層；

4、所述工作電極、參比電極和對(duì)電極構(gòu)成石墨烯叉指三電極，通過激光誘導(dǎo)石墨烯技術(shù)制備而成；

5、所述絕緣層涂覆在非傳感區(qū)域，使得所述激光誘導(dǎo)石墨烯電極僅暴露出氣體檢測(cè)所需的傳感區(qū)域，在所述傳感區(qū)域滴鑄一層固態(tài)離子液體作為電解質(zhì)，形成電化學(xué)氣體傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體的快速且高靈敏傳感。

6、進(jìn)一步地，所述石墨烯叉指三電極的制備過程為：將聚酰亞胺膠帶平整地粘貼到柔性基板表面，用二氧化碳激光雕刻機(jī)按照合適的功率在所述聚酰亞胺膠帶表面雕刻叉指三電極。

7、進(jìn)一步地，在所述工作電極表面通過恒電壓沉積法修飾pedot：pss薄膜層，用于增大工作電極的活性區(qū)域，放大氣體響應(yīng)信號(hào)。

8、進(jìn)一步地，在所述工作電極表面通過恒電壓沉積法修飾雙金屬納米復(fù)合物，通過雙金屬納米復(fù)合物的協(xié)同效應(yīng)提高氣體傳感器的響應(yīng)特性和檢測(cè)性能。

9、進(jìn)一步地，所述雙金屬納米復(fù)合物包括金鉑納米復(fù)合物、鉑鈀納米復(fù)合物。

10、進(jìn)一步地，所述固態(tài)離子液體層由聚偏二氟乙烯、1-正丁基-1-甲基吡咯烷二(三氟甲基磺酰)酰亞胺組成，制備過程為：先把聚偏二氟乙烯溶解于n,n-二甲基甲酰胺中，再加入1-正丁基-1-甲基吡咯烷二(三氟甲基磺酰)酰亞胺混合均勻，然后滴鑄在傳感區(qū)域，待殘余的n,n-二甲基甲酰胺揮發(fā)后形成固態(tài)離子液體層。

11、進(jìn)一步地，制備所述固態(tài)離子液體層時(shí)，摻雜碳納米管以提高固態(tài)離子液體導(dǎo)電性，制備過程為：先將碳納米管與1-正丁基-1-甲基吡咯烷二(三氟甲基磺酰)酰亞胺混合均勻，再與聚偏二氟乙烯的n,n-二甲基甲酰胺溶液混合，然后滴鑄在傳感區(qū)域，待殘余的n,n-二甲基甲酰胺揮發(fā)后形成固態(tài)離子液體層。

12、進(jìn)一步地，制備所述固態(tài)離子液體層時(shí)，摻雜金納米顆粒以提高固態(tài)離子液體導(dǎo)電性，制備過程為：將金納米顆粒溶于水形成納米金溶液，將納米金溶液與n,n-二甲基甲酰胺溶液混合，再加入聚偏二氟乙烯，溶解完全后加入1-正丁基-1-甲基吡咯烷二(三氟甲基磺酰)酰亞胺混合均勻，最后滴鑄在傳感區(qū)域，待殘余的n,n-二甲基甲酰胺揮發(fā)后形成固態(tài)離子液體層。

13、進(jìn)一步地，柔性基板材料為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯，厚度為0.3-0.8mm，可以進(jìn)行彎折；聚酰亞胺膠帶厚度為0.05-0.1mm。

14、進(jìn)一步地，所述石墨烯叉指三電極的厚度為40-50μm。

15、第二方面，本發(fā)明提供一種基于固態(tài)離子液體的激光誘導(dǎo)石墨烯電極的制備方法，該方法包括如下步驟：

16、（1）將聚酰亞胺膠帶粘貼在柔性基板表面形成基底，清洗基底并吹干后用二氧化碳激光雕刻機(jī)在聚酰亞胺膠帶表面批量雕刻繪制好的叉指三電極圖案；

17、（2）將雕刻好的叉指三電極清洗并烘干后連接到電化學(xué)工作站，采用外接銀/氯化銀參比電極和鉑對(duì)電極，在edot：pss溶液中，在正電壓下進(jìn)行電鍍，在工作電極表面電聚合形成pedot：pss薄膜層，再次進(jìn)行清洗并烘干后，采用外接銀/氯化銀參比電極和鉑對(duì)電極，在負(fù)電壓下通過電鍍?cè)诠ぷ麟姌O表面制備雙金屬納米復(fù)合物；

18、（3）將修飾完后的叉指三電極清洗并烘干后，用銀/氯化銀漿料涂覆在參比電極區(qū)域，形成銀/氯化銀漿料層，然后用uv膠涂覆非傳感區(qū)域制備絕緣層，固化uv膠后，在三個(gè)電極末端涂覆導(dǎo)電銀漿形成銀導(dǎo)電區(qū)域；

19、（4）將固態(tài)離子液體先置于烘箱中讓其呈可流動(dòng)狀態(tài)，然后滴鑄在傳感區(qū)域，刮平后烘干，待殘余的n,n-二甲基甲酰胺揮發(fā)后形成固態(tài)離子液體層。

20、第三方面，本發(fā)明提供一種基于固態(tài)離子液體的激光誘導(dǎo)石墨烯電極在電化學(xué)氣體傳感的應(yīng)用，根據(jù)待檢測(cè)氣體的氧化電位，在工作電極上施加電壓，使用計(jì)時(shí)電流法檢測(cè)氣體響應(yīng)信號(hào)，通過氣體響應(yīng)信號(hào)實(shí)現(xiàn)氣體定量檢測(cè)。

21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

22、1.?本發(fā)明在工作電極表面修飾了pedot：pss薄膜層和雙金屬納米復(fù)合物，增加活性位點(diǎn)和催化活性，顯著提高氣體檢測(cè)性能。

23、2.?本發(fā)明使用固態(tài)離子液體，相比典型的氣體傳感器使用氯化鉀等水溶液作為電解質(zhì)，具有難揮發(fā)、電勢(shì)窗寬、體積小等特點(diǎn)；相比室溫離子液體，避免發(fā)生離子液體泄露的問題，并且增加電極壽命，增強(qiáng)時(shí)間穩(wěn)定性。

24、3.?本發(fā)明在固態(tài)離子液體中摻雜碳納米管或者金納米顆粒，能夠顯著提高固態(tài)離子液體的導(dǎo)電性，有助于進(jìn)一步提升傳感性能。

25、4.?本發(fā)明在電極制備過程中使用了激光誘導(dǎo)石墨烯技術(shù)，適合大批量生產(chǎn)、成本低廉、制備方便快捷，具有良好的應(yīng)用前景。

26、5.?本發(fā)明使用柔性基板，易于彎折，適合用于柔性氣體傳感器以及可穿戴檢測(cè)。