一种基于光致变色的柔性氧气传感器及其制备方法

本发明涉及氧气传感器，具体而言，涉及一种基于光致变色的柔性氧气传感器及其制备方法。

背景技术：

1、氧气检测是评估生命活动、保障工业安全以及监控食品品质的核心技术手段，在生物医学诊断、工业生产控制及食品包装保鲜等领域发挥着至关重要的作用。该技术可以通过电化学、光学或半导体传感原理，实现对氧气浓度的定性或半定量分析。

2、其中，电阻型金属氧化物半导体传感器因其结构简单、响应快速、可微型化的优势而被广泛研究，其中氧化铈基传感器以其高氧离子电导率和优异的结构稳定性成为研究热点。研究表明，将电极间隙缩小至纳米尺度可显著提升传感器的响应速度与灵敏度，二十纳米间隙的铂电极与氧化铈薄膜的集成使传感器在相对低温下实现了十秒以内的快速响应，响应时间较传统微间隙传感器缩短三个数量级。基于氧化锌薄膜的电阻型传感器同样受到关注，电化学沉积法制备的未掺杂氧化锌薄膜在无需掺杂的情况下即可实现对氧气的灵敏检测，其响应性能与晶粒尺寸、取向因子等微观结构参数密切相关。

3、在工业过程控制中，光纤氧气传感器凭借其抗电磁干扰、可远程测量的特点占据重要地位，基于相位解调技术的光纤传感器能够从极弱发光信号中提取氧气浓度信息，适用于狭小空间如金属罐头顶隙的穿刺式检测。

4、然而，现有的电阻型金属氧化物半导体传感器，工作温度高（室温环境性能差），能耗大，气体的选择性较差，材料的稳定性差。光纤氧气传感器则器件的成本较高。

5、为此，本发明提出一种基于光致变色的柔性氧气传感器具有重要的现实意义。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明提出了一种基于光致变色的柔性氧气传感器的制备方法，旨在解决背景技术中的问题至少一项。

2、本发明提出了一种基于光致变色的柔性氧气传感器的制备方法，包括以下制备步骤：

3、取钨酸钠加入水中搅拌溶解，将浓盐酸加入钨酸钠溶液中，结束后分离沉淀，将所述沉淀进行洗涤，将洗涤后的沉淀加入乙二醇中进行加热搅拌至溶解，得到第一混合溶液；

4、将所述第一混合溶液进行热处理，结束后冷却，得到氧化钨量子点乙二醇溶液；

5、取所述氧化钨量子点乙二醇溶液与pva溶液混合后倒入模具中进行超声分散，随后进行热聚合处理，结束后脱模，得到基于光致变色的柔性氧气传感器。

6、优选的，将浓盐酸加入钨酸钠溶液时，将浓盐酸滴加至所述钨酸钠溶液中，直至不在产生沉淀为止。

7、优选的，将所述沉淀进行洗涤时，将所述沉淀用去离子水冲洗，直至冲洗后的去离子水的ph值大于3为止。

8、优选的，所述加热搅拌的加热温度为90℃。

9、优选的，所述热处理的温度为200℃，加热时间为48h。

10、优选的，所述pva水溶液的质量分数为10%，所述氧化钨量子点乙二醇溶液与pva溶液的体积比为1:1。

11、优选的，所述热聚合处理的温度为200℃，加热时间为48h。

12、本发明还提出了一种所述的制备方法制备而成的基于光致变色的柔性氧气传感器。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

14、1、工作温度低：本发明的基于光致变色的柔性氧气传感器无需加热装置器件结构简单功耗较低且安全性高。

15、2、检测性能优异：本发明的基于光致变色的柔性氧气传感器检测灵敏度高，响应速度快，接触到空气中的氧气时，本发明的柔性氧气传感器颜色从初始同时本发明与外界空气接触时从初始的深蓝色，逐渐褪为浅蓝色，最终在20分钟时恢复至接近原始的淡黄色，呈现显著的梯度演变，使得本发明可通过颜色变化达到实时定量检测的效果。

16、3、选择性高：本发明基于可逆的氧化还原反应过程具有高选择性；具体而言，当能量高于其带隙的紫外光照射材料时，会激发价带电子跃迁至导带，形成电子-空穴对。导带中的光生电子可迅速被晶格中的w6+离子捕获，将其还原为w5+（或w4+）离子；与此同时，价带留下的空穴迁移至材料表面，通常与表面吸附的水分子或羟基发生氧化反应，生成氢离子（h+）。这些在表面产生的h+随后在浓度梯度或电场作用下扩散进入氧化钨的晶格隧道，与已被还原的w位点结合，以维持体系的电荷平衡，最终形成一种名为“钨青铜”（化学式通常表示为h_xwo3）的着色产物。钨青铜中由于存在混合价态（w5+/w6+）间的电子跃迁，在可见光至近红外区域产生强烈的宽谱吸收，宏观上表现为材料从浅黄色或无色转变为蓝色或深蓝色。其逆过程，即褪色，则可通过将着色后的材料置于含氧环境中实现。此时，环境中的氧气（o2）可作为电子受体，与钨青铜中的h+及电子结合生成水，使w5+被重新氧化为w6+，h+从晶格中脱出，材料恢复初始的透明状态。

1.一种基于光致变色的柔性氧气传感器的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：

2.根据权利要求1所述的基于光致变色的柔性氧气传感器的制备方法，其特征在于，将浓盐酸加入钨酸钠溶液时，将浓盐酸滴加至所述钨酸钠溶液中，直至不在产生沉淀为止。

3.根据权利要求1所述的基于光致变色的柔性氧气传感器的制备方法，其特征在于，将所述沉淀进行洗涤时，将所述沉淀用去离子水冲洗，直至冲洗后的去离子水的ph值大于3为止。

4.根据权利要求1所述的基于光致变色的柔性氧气传感器的制备方法，其特征在于，所述加热搅拌的加热温度为90℃。

5.根据权利要求1所述的基于光致变色的柔性氧气传感器的制备方法，其特征在于，所述热处理的温度为200℃，加热时间为48h。

6.根据权利要求1所述的基于光致变色的柔性氧气传感器的制备方法，其特征在于，所述pva水溶液的质量分数为10%，所述氧化钨量子点乙二醇溶液与pva溶液的体积比为1:1。

7.根据权利要求1所述的基于光致变色的柔性氧气传感器的制备方法，其特征在于，所述热聚合处理的温度为200℃，加热时间为48h。

8.一种由权利要求1-7任一项所述的制备方法制备而成的基于光致变色的柔性氧气传感器。