本發(fā)明涉及一種制備石墨烯基nh3傳感器的方法，還涉及一種由該方法制備出的石墨烯基nh3傳感器的解吸附方法。

背景技術(shù)：

石墨烯材料由于大的比表面積和高載流子遷移率在薄膜氣敏材料方面有著廣泛的應(yīng)用。在采用石墨烯作為基體制備nh3傳感器時(shí)，通常會(huì)添加金屬氧化物納米顆粒來(lái)首先制取復(fù)合型的氣敏材料，存在的問(wèn)題是金屬氧化物納米顆粒不能很好的均勻分散在石墨烯基體中，會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的團(tuán)聚現(xiàn)象，這嚴(yán)重影響傳感器的導(dǎo)電性能，進(jìn)而影響到傳感器的氣體靈敏度?，F(xiàn)有技術(shù)中，一般是采用表面活性劑或溶液分散劑使金屬氧化物納米顆粒之間相互排斥，從而解決分散問(wèn)題。這樣的技術(shù)手段會(huì)引入多種不環(huán)保的添加劑，而且一定程度上會(huì)掩蓋材料的物理化學(xué)性質(zhì)。

現(xiàn)有技術(shù)中還存在的問(wèn)題是：石墨烯基nh3傳感器在吸附nh3氣體分子后，在各種背景氣體如n2、干燥空氣、氬氣等稀釋下并不能完全解吸附，且恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)數(shù)十分鐘甚至數(shù)小時(shí)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是：提供一種石墨烯基nh3傳感器的制備方法，能夠使金屬氧化物顆粒均勻的分散在石墨烯基體上，能夠提高傳感器的靈敏性和選擇性。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：一種石墨烯基nh3傳感器的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：制備氣敏材料：

步驟1.1：將15～25ml濃度為8～12mm的醋酸銅溶液加入到20～30ml濃度為0.2～0.4mg/ml的氧化石墨烯水分散液中，得到棕色懸濁液并在室溫下磁力攪拌12個(gè)小時(shí)；

步驟1.2：將15～25ml濃度為15～17mm的氫氧化鈉溶液逐滴加入到步驟1.1的棕色懸濁液中，并靜置10個(gè)小時(shí)得到棕綠色的沉淀物；

步驟1.3：將步驟1.2的沉淀物轉(zhuǎn)移到50ml的特氟龍反應(yīng)釜中并加入25～35ml濃度為5～7mm的葡萄糖水溶液；

步驟1.4：將步驟1.3中裝有混合溶液的反應(yīng)釜置入高溫實(shí)驗(yàn)箱中，溫度設(shè)定為96℃,保持10個(gè)小時(shí)；

步驟1.5：將步驟1.4經(jīng)過(guò)水熱反應(yīng)得到的復(fù)合材料用水和乙醇以離心的方式多次清洗，以去除各種反應(yīng)添加劑，從而得到純凈的rgo/cu2o復(fù)合材料。

步驟2：將步驟1.5中得到的rgo/cu2o復(fù)合材料分散到乙醇中。

步驟3：用移液器取定量的步驟2中得的rgo/cu2o復(fù)合材料乙醇分散液，采用氣噴法將rgo/cu2o復(fù)合材料乙醇分散液沉積在叉指電極器件上，并置于70℃的真空干燥箱中保存。

優(yōu)選的，步驟1.1中將20ml濃度為10mm的醋酸銅溶液(cu(ac)2)加入到25ml濃度為0.2mg/ml的氧化石墨烯水分散液(go)中。

優(yōu)選的，步驟1.2中選用20ml濃度為16.8mm的氫氧化鈉溶液。

優(yōu)選的，步驟1.3中加入30ml濃度為6mm的葡萄糖水溶液。

本技術(shù)方案的有益效果是：步驟1.1中氧化石墨烯(go)上存在許多帶負(fù)電荷的官能基團(tuán)，根據(jù)異性電荷相互吸引的庫(kù)倫力作用會(huì)和二價(jià)的cu²⁺離子結(jié)合，使cu²⁺離子能均勻的分布在氧化石墨烯(go)表面。這樣，當(dāng)進(jìn)行步驟1.3時(shí)，葡萄糖水溶液將氧化石墨烯(go)還原成還原的氧化石墨烯(rgo),同時(shí)將cu2+離子還原成一價(jià)的cu⁺，以氧化亞銅(cu2o)量子定的形式均勻分布在還原的氧化石墨烯(rgo)表面。這樣就保證了氣敏材料成膜后能夠?yàn)閚h3分子提供均勻的吸附位(rgo/cu2o復(fù)合材料體現(xiàn)出強(qiáng)p型半導(dǎo)體性質(zhì)，而nh3分子具有強(qiáng)還原性，rgo/cu2o氣敏薄膜吸附nh3分子后，其多子空穴的濃度會(huì)因轉(zhuǎn)移給nh3分子而減少，因此電阻值會(huì)增加；當(dāng)nh3分子被完全解吸附后電阻值會(huì)恢復(fù)到初始狀態(tài))，從而保證制得的石墨烯基nh3傳感器具有良好的導(dǎo)電性能，且傳感器的靈敏性得到提高。以rgo/cu2o復(fù)合材料制成的氣敏薄膜對(duì)nh3具有良好的選擇性，能抵抗如co、h2、h2o、co2、hcho等干擾氣體的干擾。

本發(fā)明所要解決的另一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是：提供一種能夠快速、徹底的對(duì)石墨烯基nh3傳感器進(jìn)行解吸附的方法。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：一種由上述方法所制備的石墨烯基nh3傳感器的解吸附方法，將傳感器放置在熱脈沖加熱臺(tái)上，開(kāi)啟熱脈沖，熱脈沖的溫度維持在70～80℃，同時(shí)通入干燥空氣，5～7秒鐘后關(guān)閉熱脈沖，繼續(xù)通入干燥空氣，保證通入干燥空氣的總時(shí)間為5～7分鐘。

優(yōu)選的，熱脈沖的溫度維持在70℃，熱脈沖持續(xù)時(shí)間為5秒，通入干燥空氣的時(shí)間為5分鐘。

本技術(shù)方案的有益效果是：采用熱脈沖加熱與干燥空氣稀釋法相結(jié)合的方法能快速的對(duì)本發(fā)明中的石墨烯基nh3傳感器解吸附，并能使傳感器在全解吸附，提高了傳感器的重復(fù)利用率。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1所制備的傳感器上rgo/cu2o氣敏薄膜的電鏡圖；

圖2為實(shí)施例2所制備的石墨烯基nh3傳感器對(duì)nh3的選擇性測(cè)試圖；

圖3為對(duì)實(shí)施例2所制備的石墨烯基nh3傳感器的解吸附測(cè)試圖；

圖4為實(shí)施例3所制備的石墨烯基nh3傳感器的響應(yīng)圖；

圖5為對(duì)實(shí)施例3所制備的石墨烯基nh3傳感器的解吸附測(cè)試圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，實(shí)施例1～3是石墨烯基nh3傳感器的制備方法，實(shí)施例4～5是分別針對(duì)實(shí)施例2、實(shí)施例3所述制備的傳感器的解吸附方法。

實(shí)施例1

一種石墨烯基nh3傳感器的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：制備氣敏材料：

步驟1.1：將15ml濃度為8mm的醋酸銅溶液加入到20ml濃度為0.2mg/ml的氧化石墨烯水分散液中，得到棕色懸濁液并在室溫下磁力攪拌12個(gè)小時(shí)；

步驟1.2：將15ml濃度為15mm的氫氧化鈉溶液逐滴加入到步驟1.1的棕色懸濁液中，并靜置10個(gè)小時(shí)得到棕綠色的沉淀物；

步驟1.3：將步驟1.2的沉淀物轉(zhuǎn)移到50ml的特氟龍反應(yīng)釜中并加入25ml濃度為5mm的葡萄糖水溶液；

步驟1.4：將步驟1.3中裝有混合溶液的反應(yīng)釜置入高溫實(shí)驗(yàn)箱中，溫度設(shè)定為96℃,保持10個(gè)小時(shí)；

步驟1.5：將步驟1.4經(jīng)過(guò)水熱反應(yīng)得到的復(fù)合材料用水和乙醇以離心的方式多次清洗，以去除各種反應(yīng)添加劑，從而得到純凈的rgo/cu2o復(fù)合材料。

步驟2：將步驟1.5中得到的rgo/cu2o復(fù)合材料分散到乙醇中。

步驟3：用移液器取定量的步驟2中得的rgo/cu2o復(fù)合材料乙醇分散液，采用氣噴法將rgo/cu2o復(fù)合材料乙醇分散液沉積在叉指電極器件上，并置于70℃的真空干燥箱中保存。

本實(shí)施例中：步驟1.1中氧化石墨烯(go)上存在許多帶負(fù)電荷的官能基團(tuán)，根據(jù)異性電荷相互吸引的庫(kù)倫力作用會(huì)和二價(jià)的cu²⁺離子結(jié)合，使cu²⁺離子能均勻的分布在氧化石墨烯(go)表面。這樣，當(dāng)進(jìn)行步驟1.3時(shí)，葡萄糖水溶液將氧化石墨烯(go)還原成還原的氧化石墨烯(rgo),同時(shí)將cu²⁺離子還原成一價(jià)的cu⁺，以氧化亞銅(cu2o)量子點(diǎn)的形式均勻分布在還原的氧化石墨烯(rgo)基體表面。這樣就保證了氣敏材料成膜后能夠?yàn)閚h3分子提供均勻的吸附位，從而保證制得的石墨烯基nh3傳感器具有良好的導(dǎo)電性能，提高傳感器的靈敏性。

氧化亞銅(cu2o)量子點(diǎn)在還原的氧化石墨烯(rgo)基體表面的分布情況如圖1所示：其中黑色的麻點(diǎn)為氧化亞銅(cu2o)量子點(diǎn)，灰色部分為還原的氧化石墨烯(rgo)基體，從圖中可看出氧化亞銅(cu2o)量子點(diǎn)均勻分布在還原的氧化石墨烯(rgo)基體表面。

實(shí)施例2

一種石墨烯基nh3傳感器的制備方法，與實(shí)施例1所不同的是步驟1包括以下步驟：

步驟1.1：將25ml濃度為12mm的醋酸銅溶液加入到30ml濃度為0.4mg/ml的氧化石墨烯水分散液中，得到棕色懸濁液并在室溫下磁力攪拌12個(gè)小時(shí)。

步驟1.2：將25ml濃度為17mm的氫氧化鈉溶液逐滴加入到步驟1.1的棕色懸濁液中，并靜置10個(gè)小時(shí)得到棕綠色的沉淀物。

步驟1.3：將步驟1.2的沉淀物轉(zhuǎn)移到50ml的特氟龍反應(yīng)釜中并加入35ml濃度為7mm的葡萄糖水溶液。

步驟1.4：將步驟1.3中裝有混合溶液的反應(yīng)釜置入高溫實(shí)驗(yàn)箱中，溫度設(shè)定為96℃,保持10個(gè)小時(shí)。

步驟1.5：將步驟1.4經(jīng)過(guò)水熱反應(yīng)得到的復(fù)合材料用水和乙醇以離心的方式多次清洗，以去除各種反應(yīng)添加劑，從而得到純凈的rgo/cu2o復(fù)合材料。

以rgo/cu2o復(fù)合材料制成的氣敏薄膜對(duì)nh3具有良好的選擇性，能抵抗如co、h2、h2o、co2、hcho等干擾氣體的干擾，如圖2所示：同時(shí)通入相同濃度50ppm的nh3、co、h2、h2o、co2、hcho，本實(shí)施例所制備的石墨烯基nh3傳感器對(duì)nh3響應(yīng)值明顯大于對(duì)其他氣體的響應(yīng)值，因此，本發(fā)明所制備的石墨烯基nh3傳感器對(duì)nh3具有優(yōu)異的選擇性，抗干擾能力強(qiáng)。

實(shí)施例3

一種石墨烯基nh3傳感器的制備方法，與實(shí)施例1所不同的是步驟1包括以下步驟：

步驟1.1：將20ml濃度為10mm的醋酸銅溶液加入到30ml濃度為0.4mg/ml的氧化石墨烯水分散液中，得到棕色懸濁液并在室溫下磁力攪拌12個(gè)小時(shí)；

步驟1.2：將20ml濃度為16.8mm的氫氧化鈉溶液逐滴加入到步驟1.1的棕色懸濁液中，并靜置10個(gè)小時(shí)得到棕綠色的沉淀物；

步驟1.3：將步驟1.2的沉淀物轉(zhuǎn)移到50ml的特氟龍反應(yīng)釜中并加入30ml濃度為6mm的葡萄糖水溶液；

步驟1.4：將步驟1.3中裝有混合溶液的反應(yīng)釜置入高溫實(shí)驗(yàn)箱中，溫度設(shè)定為96℃,保持10個(gè)小時(shí)。

如圖4所示：本實(shí)施例所制備的石墨烯基nh3傳感器對(duì)不同濃度的nh3均具有明顯的響應(yīng)。

實(shí)施例4

一種石墨烯基nh3傳感器的解吸附方法，將傳感器放置在熱脈沖加熱臺(tái)上，開(kāi)啟熱脈沖，熱脈沖的溫度維持在70℃，同時(shí)通入干燥空氣，5秒鐘后關(guān)閉熱脈沖，繼續(xù)通入干燥空氣，保證通入干燥空氣的總時(shí)間為5分鐘。

本實(shí)施例是針對(duì)實(shí)施例2所述制備的傳感器的解吸附方法，如圖3所示：連續(xù)進(jìn)行兩次解析吸附試驗(yàn)后，再與單獨(dú)采用干燥空氣進(jìn)行解吸附進(jìn)行對(duì)比，從圖中可以看出：采用本實(shí)施例的解吸附方法能快速、徹底的將nh3從傳感上的rgo/cu2o氣敏薄膜上解吸附，使傳感器恢復(fù)到初始狀態(tài)，并且傳感器能在多次解吸附后恢復(fù)到初始狀態(tài)，從而延長(zhǎng)了傳感器的使用壽命；單獨(dú)采用干燥空氣不能快速?gòu)氐椎慕馕健?/p>

實(shí)施例5

本實(shí)施例是針對(duì)實(shí)施例3所述制備的傳感器的解吸附方法。

一種石墨烯基nh3傳感器的解吸附方法，將傳感器放置在熱脈沖加熱臺(tái)上，開(kāi)啟熱脈沖，熱脈沖的溫度維持在80℃，同時(shí)通入干燥空氣，7秒鐘后關(guān)閉熱脈沖，繼續(xù)通入干燥空氣，保證通入干燥空氣的總時(shí)間為5分鐘。

如圖5所示：采用本實(shí)施例的解吸附方法能快速?gòu)氐椎膶?duì)施例3所述制備的石墨烯基nh3傳感器進(jìn)行解吸附。

綜上所知，本發(fā)明所提供的制備方法能制備出靈敏性高、選擇性好的石墨烯基nh3傳感器，本發(fā)明所提供的解吸附方法能快速?gòu)氐椎膶?duì)采用本發(fā)明方法所制備的石墨烯基nh3傳感器進(jìn)行解吸附。