一种纳米异质结乙烯敏感薄膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种纳米异质结乙烯敏感薄膜及其制备方法和应用，属于农业信息领域。本发明专利技术提供了一种纳米异质结乙烯敏感薄膜，包括基底和敏感层，所述敏感层包括还原氧化石墨烯和钨系硫族化合物，所述还原氧化石墨烯与钨系硫族化合物的质量比为1：0.2～1，所述钨系硫族化合物为二硫化钨或二硒化钨。本发明专利技术提供的纳米异质结乙烯敏感薄膜与乙烯接触后，纳米异质结乙烯敏感薄膜的电阻发生变化，通过检测纳米异质结乙烯敏感薄膜的电阻即可检测出乙烯的浓度。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米异质结乙烯敏感薄膜及其制备方法和应用
本专利技术涉及农业信息
，尤其涉及一种纳米异质结乙烯敏感薄膜及其制备方法和应用。
技术介绍
我国是苹果生产大国，我国的苹果产量超过世界总产量半数。果品质量的提高对于提升果品竞争力和促进苹果产业发展具有重要的作用。乙烯是苹果采摘、贮藏、保险和品质鉴别的重要参考指标。苹果在成熟过程中受到乙烯调控而发生一系列生理生化和结构变化；乙烯促进果实呼吸、调节基因而促进果实衰老；果实机械损伤诱导乙烯释放；从果实成熟到最优收获日期时，苹果的品质、呼吸、乙烯和香气释放同时达到最高水平；乙烯释放量高低决定果实的贮藏性；乙烯还可以反映果实的变质情况。因此，乙烯的检测有助于提升果实品质和增强果品竞争力，促进苹果产业发展。苹果释放的乙烯浓度较低，其检测范围为10～50ppm，分辨率至少需达到5ppm，目前常用的乙烯检测技术多采用色谱和光谱技术。两种技术均可实现对乙烯的有效检测，但存在采样复杂、成本高、耗时长、便携性和适应性差等不足，大量样本分析难度大，且局限于实验室使用。化学型气体传感器以电阻型为主，敏感材料主要为金属氧化物(如氧化钨、氧化铟)及其复合物，工作温度170～500℃，检测范围10～2000ppm。但由于材料性质，高温工作条件和大浓度检测范围限制了低浓度乙烯检测应用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种纳米异质结乙烯敏感薄膜及其制备方法和应用。本专利技术提供的纳米异质结乙烯敏感薄膜能够实现对低浓度乙烯的检测。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种纳米异质结乙烯敏感薄膜，包括基底和敏感层，所述敏感层包括还原氧化石墨烯和钨系硫族化合物，所述还原氧化石墨烯与钨系硫族化合物的质量比为1：0.2～1，所述钨系硫族化合物为二硫化钨或二硒化钨。优选地，所述纳米异质结乙烯敏感薄膜的厚度为60～150nm。优选地，所述基底为硅片、柔性衬底上金属叉指电极或柔性衬底上金属环状电极。本专利技术还提供了上述技术方案所述的纳米异质结乙烯敏感薄膜的制备方法，包括以下步骤：将氧化石墨烯水溶液与钨系硫族化合物水溶液混合，得到混合液；将基底预热，得到预热基底；将所述混合液喷涂在所述预热基底表面，得到沉积基底；将所述沉积基底退火，得到所述纳米异质结乙烯敏感薄膜。优选地，所述氧化石墨烯水溶液与钨系硫族化合物水溶液的浓度均为0.5mg/mL。优选地，所述喷涂以氮气作为载气，所述氮气的流量为8～10μL/s，气压为18～20psi。本专利技术还提供了上述技术方案所述的纳米异质结乙烯敏感薄膜的制备方法，包括以下步骤：提供聚二烯丙基氯化铵水溶液、氧化石墨烯水溶液与钨系硫族化合物水溶液；将基底依次浸渍于所述聚二烯丙基氯化铵水溶液、水、所述氧化石墨烯水溶液、水、所述聚二烯丙基氯化铵水溶液、水、所述钨系硫族化合物水溶液和水中，得到浸渍基底；将所述浸渍基底进行退火处理，得到所述纳米异质结乙烯敏感薄膜。优选地，所述聚二烯丙基氯化铵水溶液中聚二烯丙基氯化铵的质量含量为10～30％；所述氧化石墨烯水溶液和钨系硫族化合物水溶液的浓度独立地为0.2～0.8mg/mL。优选地，所述退火的温度独立地为150～300℃，时间独立地为30～60min。本专利技术还提供了上述技术方案所述的纳米异质结乙烯敏感薄膜在乙烯检测领域中的应用。本专利技术提供了一种纳米异质结乙烯敏感薄膜，包括基底和敏感层，所述敏感层包括还原氧化石墨烯和钨系硫族化合物，所述还原氧化石墨烯与钨系硫族化合物的质量比为1：0.2～1，所述钨系硫族化合物为二硫化钨或二硒化钨。本专利技术提供的纳米异质结乙烯敏感薄膜与乙烯接触后，纳米异质结乙烯敏感薄膜的电阻发生变化，通过检测纳米异质结乙烯敏感薄膜的电阻即可检测出乙烯的浓度。本专利技术与现有技术相比，具有如下有益效果：本专利技术采用二维材料还原氧化石墨烯与钨系硫族化合物作为乙烯敏感材料体系，还原氧化石墨烯呈p型半导体材料性能，钨系硫族化合物呈n型半导体材料性能，还原氧化石墨烯与钨系硫族化合物负载在基底上，二者的界面构成异质结结构，也称范德华力异质结。纳米异质结结构在气敏检测领域具有独特性质与效应：二维材料的复合阻止了片层间堆叠，从而增大与气体分子的接触面积，有利于气体在片层间自由扩散；不同片层间通过范德华力紧密相连，保持了二维材料原有性质；复合后界面形成n-p/n-n/p-p异质结，界面势垒将阻碍对电子亲和力低的气体接触所产生的电子传输，提高选择性；异质结促进电荷分离，避免在气体吸附/解吸过程中电荷积累，从而提高灵敏度和响应速度。此外，由于钨系硫族化合物具有优异催化能力，与还原氧化石墨烯复合后，能够降低气体吸附/解吸过程所需的活化能，有效缩短响应/恢复时间，提高选择性。利用纳米异质结的上述特性和钨系硫族化合物对乙烯的催化能力，还原氧化石墨烯/钨系硫族化合物异质结薄膜在室温下对乙烯具有较强的吸附作用，当还原氧化石墨烯/钨系硫族化合物异质结薄膜与乙烯接触后，乙烯通过捐献或俘获电子的方式改变异质结薄膜中敏感材料层的空穴或电子浓度，使得石墨烯/钨系硫族化合物异质结薄膜的电阻发生变化，通过检测敏感材料薄膜的电阻变化，可分析获得乙烯的浓度，即在室温条件下实现对低浓度乙烯的响应。附图说明图1为实施例1中0.5mL喷涂量的还原氧化石墨烯/二硒化钨复合薄膜传感器件在室温下对50ppm乙烯的实时电阻变化曲线；图2为实施例1中1mL喷涂量的还原氧化石墨烯/二硒化钨复合薄膜传感器件在室温下对50ppm乙烯的实时电阻变化曲线；图3为实施例2中还原氧化石墨烯薄膜传感器件在室温下对10-50ppm乙烯的实时电阻响应/恢复曲线；图4为实施例2制得的还原氧化石墨烯/二硒化钨复合薄膜传感器件在室温下对10～50ppm乙烯的实时电阻响应/恢复曲线；图5为实施例2中对还原氧化石墨烯薄膜和还原氧化石墨烯/二硒化钨复合薄膜传感器件在室温下对10～50ppm乙烯的实时响应率曲线。具体实施方式本专利技术提供了一种纳米异质结乙烯敏感薄膜，包括基底和敏感层，所述敏感层包括还原氧化石墨烯和钨系硫族化合物，所述还原氧化石墨烯与钨系硫族化合物的质量比为1：0.2～1，所述钨系硫族化合物为二硫化钨或二硒化钨。在本专利技术中，所述还原氧化石墨烯与钨系硫族化合物的质量比优选为1：0.2。在本专利技术中，所述纳米异质结乙烯敏感薄膜的厚度优选为60～150nm。在本专利技术中，所述还原氧化石墨烯和钨系硫族化合物优选以混合物的形式负载在所述基底上。在本专利技术中，所述还原氧化石墨烯和钨系硫族化合物优选以分层的形式负载在基底上，更优选为所述纳米异质结乙烯敏感薄膜依次包括层叠的基底、还原氧化石墨烯层和钨系硫族化合物层，所述基底与还原氧化石墨烯层接触是由于所述还原氧化石墨烯层的面积比钨系硫族化合物层的面积大。在本专利技术中，所述基底优选为硅片、柔性衬底上金属叉指电极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米异质结乙烯敏感薄膜，其特征在于，包括基底和敏感层，所述敏感层包括还原氧化石墨烯和钨系硫族化合物，所述还原氧化石墨烯与钨系硫族化合物的质量比为1：0.2～1，所述钨系硫族化合物为二硫化钨或二硒化钨。/n

【技术特征摘要】
1.一种纳米异质结乙烯敏感薄膜，其特征在于，包括基底和敏感层，所述敏感层包括还原氧化石墨烯和钨系硫族化合物，所述还原氧化石墨烯与钨系硫族化合物的质量比为1：0.2～1，所述钨系硫族化合物为二硫化钨或二硒化钨。


2.根据权利要求1所述的纳米异质结乙烯敏感薄膜，其特征在于，所述纳米异质结乙烯敏感薄膜的厚度为60～150nm。


3.根据权利要求1所述的纳米异质结乙烯敏感薄膜，其特征在于，所述基底为硅片、柔性衬底上金属叉指电极或柔性衬底上金属环状电极。


4.权利要求1～3任一项所述的纳米异质结乙烯敏感薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将氧化石墨烯水溶液与钨系硫族化合物水溶液混合，得到混合液；
将基底预热，得到预热基底；
将所述混合液喷涂在所述预热基底表面，得到沉积基底；
将所述沉积基底退火，得到所述纳米异质结乙烯敏感薄膜。


5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯水溶液与钨系硫族化合物水溶液的浓度均为0.5mg/mL。


6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：李娴，王洋，杜晓松，孙洁，李哲敏，
申请(专利权)人：中国农业科学院农业信息研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11