wo3/mxene纳米复合薄膜和无线nfc三甲胺传感器及其制备方法和应用
技术领域
1.本发明属于纳米材料传感器技术领域，具体涉及wo3/mxene纳米复合薄膜和传感器及其制备方法和应用。
背景技术：2.三甲胺(tma)是一种无色气体，在空气中很容易形成爆炸性混合物。它能在明火或高温条件下剧烈燃烧或爆炸，在热分解过程中会产生有毒烟雾，对人体安全构成极大威胁。长期接触tma会对眼睛、鼻子和皮肤造成严重刺激，甚至影响神经系统。根据美国政府工业卫生协会(american association of government industrial healthy)的建议，当人们长期和短期接触tma时，允许浓度不应超过5ppm和15ppm。此外，如果一些人天生无法代谢三甲胺，只能通过呼吸、排尿和出汗释放三甲胺，这可能会导致患者尿液中出现腥味。这种疾病被称为三甲胺尿症。我们可以通过检测患者尿液中tma的浓度来判断患者是否患有三甲胺尿症。有趣的是，新鲜的鱼含有三甲胺氧化物。但在鱼类死亡后，三甲胺氧化物被还原为三甲胺，这是腐烂鱼类产生臭味的原因。因此，可以通过检测tma的浓度来确定鱼的新鲜度。当tma浓度超过10ppm时，可以认为鱼已经腐烂。总而言之，tma气体传感器的开发对于食品变质检测和人类健康监测至关重要。
3.选择对目标气体敏感的气敏材料是制备高性能气体传感器的关键因素。近年来，基于金属氧化物半导体(mos)的气体传感器因其成本低、制造简单、灵敏度高和响应快而得到迅速发展。在这些金属氧化物中，氧化钨(wo3)作为一种典型的n型半导体材料，凭借其快速的电子迁移率被广泛应用于气敏等领域。wo3的气敏机理主要归因于气体分子在其表面的吸附和解吸。此外，气敏材料的形貌也是影响气敏元件性能的重要因素。除了通过不同的制备方法构建同一材料的各种形态外，还可以通过掺杂具有优异微观结构的其他材料来调整整体形态。
4.此外，新型二维材料mxene在气体传感器、纳米发电机等领域显示出巨大潜力。最近的研究表明，mxene的掺杂对气敏性能有显著改善。一方面，mxene由于其结构特征，可以与其他纳米材料形成独特的形态，以促进气体吸附。另一方面，当mxene与金属氧化物半导体接触时，将形成肖特基结，这将调节传感材料的导电性，以改善气体传感性能。
5.因此目前急需一种对三甲胺气体具有良好的响应和快速响应/恢复时间，还具有极好的重复性、选择性和长期稳定性的wo3/mxene纳米复合薄膜和传感器及其制备方法和应用。
技术实现要素：6.针对现有技术存在的不足，本发明提出一种wo3/mxene纳米复合薄膜和传感器及其制备方法和应用，以解决背景技术中涉及的问题。
7.为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：wo3/mxene纳米复合薄膜，所述
wo3为纳米颗粒状结构，mxene为多层纳米片状结构，wo3纳米颗粒均匀地粘附在多层mxene纳米片的层间或表面，使多层mxene纳米片层间具有空隙，为气体吸附提供了丰富的反应场所。
8.进一步的，所述wo3的平均直径约为100nm。
9.本发明还包括一种wo3/mxene纳米复合薄膜的制备方法，
10.①
wo3纳米颗粒的合成：
11.将na2wo4·
2h2o溶解在含有乙二醇和去离子水的混合溶液中，冷却至室温后，在连续搅拌下向上述溶液中加入hcl，形成黄色溶液，将溶液转移至高压釜中反应，冷却至室温后，用去离子水清洗所得产品以去除杂质，并干燥，煅烧2h，获得纯黄色wo3粉末；
12.②
多层mxene纳米片的合成：
13.将lif和max粉末溶解在hcl中，并在室温下搅拌蚀刻铝层，用去离子水和乙醇清洗溶液中的锂离子，向溶液中添加h2so4，直到ph值达到6，产物在冰浴和氩气气氛中超声处理，离心后，制得mxene的深绿色上清液；
14.③
wo3/mxene复合材料的合成：
15.将wo3粉末均匀分散在去离子水中来制备wo3溶液，将wo3溶液和mxene溶液混合并超声处理，获得wo3/mxene复合材料。
16.进一步的，
17.所述
①
中，高压釜中反应温度时间为75℃，12h；干燥温度时间为60℃，10h；煅烧温度为450℃；hcl的浓度为12m；
18.所述
②
中，搅拌反应时间为48小时；
19.或，所述
③
中wo3浓度为0.01g/ml。
20.进一步的，具体制备步骤包括：
21.①
wo3纳米颗粒的合成：
22.在75℃的温度下，将0.66g na2wo4·
2h2o溶解在含有10ml乙二醇和25ml去离子水的混合溶液中，冷却至室温后，在连续搅拌下向上述溶液中加入2.5ml 12.0m hcl，此时形成黄色溶液，将上述溶液转移至100ml高压釜中，并在75℃下热处理12h，冷却至室温后，用去离子水清洗所得产品以去除杂质，然后在60℃下干燥10h，最后，以1℃/min的加热速率在450℃下煅烧2h，以获得纯黄色wo3粉末；
23.②
多层mxene纳米片的合成：
24.将lif和max粉末各2克溶解在30ml 9m hcl中，并在室温下搅拌48小时，以蚀刻铝层，用去离子水和乙醇清洗溶液中的锂离子，向上述溶液中添加2m h2so4，直到ph值达到6，产物在冰浴和氩气气氛中超声处理1h，在3500rpm下离心1小时后，制得mxene的深绿色上清液；
25.③
wo3/mxene复合材料的合成：
26.对于wo3/mxene复合材料，通过将0.05g wo3粉末均匀分散在5ml去离子水中来制备wo3溶液，将wo3溶液和1ml mxene溶液混合并超声处理1h，以获得wo3/mxene复合材料。
27.本发明还包括基于wo3/mxene纳米复合薄膜的传感器，所述wo3/mxene复合材料的溶液涂覆在cu/ni印刷叉指电极上，形成均匀的气敏薄膜。
28.进一步的，
29.当传感器暴露于tma时，大量电子将被释放，在此过程中，大多数载流子的浓度将增加，导致气体传感器的电阻降低，由于添加了具有多层结构的mxene，wo3纳米颗粒获得了更多的附着点，为气体反应提供了更多的反应位点，wo3纳米颗粒在多层mxene纳米片的层间和表面的均匀分布可以提供更大的比表面积，有利于tma在传感器表面的扩散和反应；mxene具有与金属相似的导电性能，当与wo3接触时，wo3和mxene的界面将形成肖特基结，电子将从mxene转移到wo3，当引入tma时，会释放更多的电子，电子积累层会变得更厚，从而降低气体传感器的电阻，提高传感器的响应值。
30.本发明还包括wo3/mxene纳米复合薄膜传感器的制备方法，
31.采用旋涂法将wo3/mxene复合材料的溶液涂覆在cu/ni印刷叉指电极上，形成均匀的气敏薄膜，然后将制备好的气体传感器在60℃下干燥4小时，以增强稳定性。
32.本发明还包括基于wo3/mxene纳米复合薄膜的传感器的应用，
33.所述传感器应用于无线非接触式tma检测装置。
34.进一步的，
35.tma检测装置包括分为检测端和目标端，以arduino微控制器为控制器；
36.检测端由锂离子电池供电，包括无线电源线圈、nfc数据传输模块和oled屏幕；
37.目标端设于封闭的气体环境中，设有所述传感器；
38.所述检测端通过无线线圈向目标端供电，并调用传感器检测当前环境中的气体浓度，同时通过nfc线圈将传感数据传输到检测端，当检测端远离目标端时，目标端无电源且处于非工作状态，检测端的显示器显示“no device！”，当检测端靠近目标端时，目标端由无线电源供电并开始工作，检测环境中三甲胺气体的浓度并将数据传输到检测端进行显示。
39.本发明wo3/mxene纳米复合薄膜和传感器及其制备方法和应用的有益之处：
40.本发明制备了一种基于wo3/mxene薄膜的化学电阻气体传感器，用于在室温下检测tma，具有快速响应/恢复时间和对10ppm tma的高响应(277.78)。它还表现出良好的稳定性和选择性。因为tma有刺鼻腥味，这增加了检测的难度，为此本技术的一种基于近场通信(nfc)的无线非接触式检测装置，可以实现封闭环境中tma气体的检测。检测端不需要电源，探测器只需在封闭气体环境外运行，即可监测封闭气体环境内的气体浓度。
附图说明
41.图1为本发明实施例传感器的制作工艺；
42.图2为本发明实施例传感器实验测试平台；
43.图3为本发明实施例wo3/mxene薄膜的sem图像：
44.图4(a)为本发明实施例纯wo3、纯mxene和wo3/mxene薄膜的xrd图谱；
45.(b)为本发明实施例wo3/mxene薄膜的测量光谱；
46.(c)为本发明实施例wo3/mxene薄膜的c1s光谱；
47.(d)为本发明实施例wo3/mxene薄膜的o1s光谱；
48.(e)为本发明实施例wo3/mxene薄膜的ti 2p光谱；
49.(f)为本发明实施例wo3/mxene薄膜的w 4f光谱；
50.图5(a)为本发明实施例wo3/mxene薄膜的气体传感器的电阻值；
51.(b)为本发明实施例wo3/mxene薄膜气体传感器在不同tma浓度下的响应；
52.(c)为本发明实施例纯wo3气体传感器在1-10ppm的不同tma浓度下的响应；
53.(d)为本发明实施例基于纯wo3和wo3/mxene薄膜的气体传感器在1-5ppm tma浓度下的响应比较；
54.(e)为本发明实施例基于纯wo3和wo3/mxene薄膜的气敏元件的响应浓度拟合曲线；
55.(f)为本发明实施例基于纯wo3和wo3/mxene薄膜的气体传感器对2ppm tma的响应/恢复特性曲线；
56.图6(a)为本发明实施例不同相对湿度(11-85％rh)对传感器性能的影响；
57.(b)为本发明实施例wo3/mxene基气体传感器暴露于2、3和4ppm tma时的长期稳定性；
58.(c)为本发明实施例wo3/mxene基气体传感器的重复性测试；
59.(d)为本发明实施例wo3/mxene基气体传感器对各种干扰气体的选择性测试；
60.图7(a)为本发明实施例wo3/mxene薄膜暴露在空气中的传感机制示意图；
61.(b)为本发明实施例wo3/mxene薄膜暴露在tma中的传感机制示意图；
62.(c)为本发明实施例wo3/mxene薄膜暴露在空气中的能带结构图；
63.(d)为本发明实施例wo3/mxene薄膜暴露在tma中的能带结构图；
64.图8为本发明实施例无线非接触式三甲胺气体检测装置结构图；
65.图9(a)为本发明实施例设备的非工作状态(目标端远离检测端)；
66.(b)为本发明实施例设备的工作状态(目标端靠近检测端)；
67.图10为本发明实施例传感器气敏特性测试框图；
68.图11为本发明实施例三甲胺气体无线检测设备结构框图；
69.图12为本发明实施例三甲胺气体无线检测设备电路图；
具体实施方式
70.下面结合附图对其具体实施方式作进一步阐述。
71.实施例1：
72.wo3/mxene纳米复合薄膜，图3为wo3/mxene薄膜的sem图像。由于mxene的负电性和wo3的正电性，wo3纳米颗粒可以均匀地粘附在多层mxene纳米片的层间或表面，并且可以观察到明显的空隙，为气体吸附提供了丰富的反应场所，如图3(a-b)所示。如图3(c-d)所示，wo3显示了平均直径约为100nm的纳米颗粒状结构，mxene显示了多层纳米片状结构。
73.通过xrd分析确定了制备样品的晶相。纯wo3、纯mxene和wo3/mxene薄膜的xrd图谱如图4(a)所示。wo3的三个特征峰位于22.92
°
、23.48
°
和24.23
°
的2θ处，分别对应于(002)、(020)和(200)平面，这与标准衍射卡jcpds 43-1035相匹配。mxene的特征峰出现在6
°
的2θ处。这表明成功合成了纯wo3和纯mxene。对于wo3/mxene薄膜的xrd图谱，可以观察到wo3和mxene的所有特征峰，这证明了wo3/mxene薄膜的成功制备。
74.用xps分析了样品的元素组成和化学状态。wo3/mxene薄膜的测量光谱如图4(b)所示，这证实了wo3/mxene薄膜中存在w、o、c和ti元素。图4(c)显示了c1s的xps光谱，结果表明，四个特征峰分别出现在281.97ev、284.85ev、286.32ev和288.95ev，分别对应于mxene中的c-ti、c-c、c-o和o-c＝o键。图4(d)显示了o1s的xps光谱。这三个特征峰分别出现在530.00ev、531.60ev和533.59ev，分别对应于晶格氧(o
l
)、空位氧(ov)和化学吸附氧(oc)。在
图4(e)中，ti 2p的六个特征峰位于454.11ev、455.01ev、457.57ev、459.53ev、460.52ev和462.98ev，对应于ti-c 2p
3/2
、ti(ii)2p
3/2
、ti(iii)2p
3/2
、ti-c 2p
1/2
、ti(ii)2p
3/2
、ti(iii)2p
3/2
。w 4f的xps光谱如图4(f)所示，出现两个峰，35.60ev和37.80ev，分别归因于w 4f
7/2
和w 4f
5/2
。这表明w元素处于+6价。
75.一种wo3/mxene纳米复合薄膜的制备方法：
76.wo3纳米颗粒的合成：首先，在75℃的温度下，将0.66g na2wo4·
2h2o溶解在含有10ml乙二醇和25ml去离子水的混合溶液中。冷却至室温后，在连续搅拌下向上述溶液中加入2.5ml 12.0m hcl，此时形成黄色溶液。然后，将上述溶液转移至100ml高压釜中，并在75℃下热处理12h。冷却至室温后，用去离子水清洗所得产品以去除杂质，然后在60℃下干燥10h。最后，以1℃/min的加热速率在450℃下煅烧2h，以获得纯黄色wo3粉末。
77.多层mxene纳米片的合成：对于mxene(ti3c2t
x
)的合成，ti3c2t
x
的水分散体是通过使用lif-hcl蚀刻ti3alc2获得的。首先，将lif和max粉末各2克溶解在30ml 9m hcl中，并在室温下搅拌48小时，以蚀刻铝层。用去离子水和乙醇清洗溶液中的锂离子。向上述溶液中添加2m h2so4，直到ph值达到6。产物在冰浴和氩气气氛中超声处理1h。最后，在3500rpm下离心1小时后，制得mxene的深绿色上清液。
78.wo3/mxene复合材料的合成：对于wo3/mxene复合材料，通过将0.05g wo3粉末均匀分散在5ml去离子水中来制备wo3溶液。接下来，将wo3溶液和1ml mxene溶液混合并超声处理1h，以获得wo3/mxene复合材料。
79.实施例2：
80.基于wo3/mxene纳米复合薄膜的传感器：所述wo3/mxene复合材料的溶液涂覆在cu/ni印刷叉指电极上，形成均匀的气敏薄膜。
81.基于wo3/mxene纳米复合薄膜的传感器的制备方法：采用旋涂法将wo3/mxene复合材料的溶液涂覆在cu/ni印刷叉指电极上，形成均匀的气敏薄膜。然后将制备好的气体传感器在60℃下干燥4小时，以增强稳定性。基于wo3/mxene薄膜的tma气体传感器的制造过程如图1所示。
82.用于tma传感的气体传感器的实验测试平台如图2所示。将制备好的气体传感器置于自制的试验箱中，通过质量流量控制器将tma与干燥空气混合，以获得1-10ppm的tma浓度。该传感器连接至keysight 34470a，以测量25℃和23％相对湿度下的电阻值。
83.传感器的三甲胺气敏机理：
84.基于wo3/mxene的气体传感器的tma传感机制如图7所示。wo3是一种典型的n型半导体，电子是主要载流子。在气体分子吸附和解吸过程中，wo3/mxene材料本身不参与反应，传感器呈现的气敏特性主要是由于气敏材料表面的氧离子。因此，本工作中气敏机理的实质是气体分子在气敏材料表面吸附或解吸时气敏元件的电阻变化。图7(a)显示了当气体传感器置于空气中时的气体传感机构的示意图。反应过程可用以下公式解释：
85.o2(gas)
→
o2(ads)
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(2)
86.o2(ads)+e-→o2-(ads)
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(3)
87.4(ch3)3n+21o
2-(ads)
→
2n2+12co2+18h2o+21e-ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
88.如图7(b)所示，当传感器暴露于tma时，大量电子将被释放。在此过程中，大多数载流子的浓度将增加，导致气体传感器的电阻降低。这与测试期间传感器显示的电阻随tma浓
度增加而降低的现象一致。此外，mxene掺杂的wo3具有更好的传感器特性可能有两个原因。首先，由于添加了具有多层结构的mxene，wo3纳米颗粒(原本只能排列在平面上)获得了更多的附着点，为气体反应提供了更多的反应位点。wo3纳米颗粒在多层mxene纳米片的层间和表面的均匀分布可以提供更大的比表面积，这明显有利于tma在传感器表面的扩散和反应。其次，mxene的功函数为4.7ev，wo3的功函数为5.25ev。由于mxene具有与金属相似的导电性能，当与wo3接触时，wo3和mxene的界面将形成肖特基结，电子将从mxene转移到wo3(图7(c-d))。当引入tma时，会释放更多的电子，电子积累层会变得更厚，从而降低气体传感器的电阻，提高传感器的响应值。
89.传感器的三甲胺传感特性为：
90.wo3/mxene基气体传感器在不同tma浓度下的电阻变化。如图5(a)所示，气体传感器在空气中的基本电阻约为90.9mω。随着tma浓度的增加，传感器的电阻呈现出明显的下降趋势。为了研究基于wo3/mxene的tma气体传感器的气敏性能，将传感器响应定义为空气中传感器电阻(ra)与气体中传感器电阻(rg)的比值。该表达式如式(1)所示：
91.response＝ra/rgꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
92.wo3/mxene基气体传感器在不同tma浓度下的响应如图5(b)所示。随着tma浓度的增加，传感器响应显著增加。对1、2、3、4和5ppm tma浓度的相应响应值分别为1.96、3.99、10.07、13.55和24.77。当气体浓度增加到10ppm时，响应值可达277.78。与wo3/mxene基气体传感器相比，纯wo3基气体传感器在不同tma浓度下的响应如图5(c)所示。纯wo3基气体传感器对tma的响应相对较低。当tma浓度增加到10ppm时，响应值仅达到16.9。wo3/mxene基气体传感器和纯wo3基气体传感器的响应比较如图5(d)所示，wo3/mxene基气体传感器的响应明显高于纯wo3基气体传感器。基于纯wo3和wo3/mxene薄膜的气体传感器的响应浓度拟合曲线如图5(e)所示，分别表示为y＝0.04089e
(x/1.69187)
+1.78103和y＝2.39258e
(x/2.11357)-1.45849。拟合系数分别为0.99982和0.99993。图5(f)显示了基于纯wo3和wo3/mxene薄膜的气体传感器对2ppm tma的响应/恢复特性曲线。与纯wo3基气体传感器相比，wo3/mxene基气体传感器的响应/恢复时间更快，为2s/3s。
93.此外，由于气体传感器在室温下工作，我们需要考虑湿度对其气敏性能的影响。研究了不同相对湿度(11-85％rh)对传感器响应的影响。如图6(a)所示，随着相对湿度的增加，基于wo3/mxene的气体传感器的电阻相应降低，响应也降低。因此，在实际应用中可能需要进行湿度补偿以消除湿度影响。此外，传感器的稳定性也是实际应用中的一个重要指标。通过长期稳定性测试和重复性测试，我们发现制备的气体传感器具有良好的稳定性。如图6(b)所示，每隔五天共进行30天的测试后，气体传感器的响应几乎没有变化。通过在空气和1ppm tma中切换四次来测试气体传感器的重复性。传感器的响应可以完全恢复到初始状态，表明传感器具有良好的重复性(图6(c))。图6(d)显示了气体传感器在2ppm浓度下对五种不同气体(三甲胺、氨、乙醇、二氧化氮和甲烷)的选择性。结果表明，该气体传感器对tma的响应值最高，说明该传感器对tma具有良好的选择性。基于wo3/mxene的气体传感器在tma传感方面具有巨大优势。
94.在室温下检测tma时，wo3/mxene薄膜气体传感器比纯wo3基气体传感器具有更高的响应。这一现象归因于wo3/mxene薄膜独特的形貌结构以及wo3和mxene之间肖特基结的形成。
95.实施例3：
96.基于wo3/mxene纳米复合薄膜的传感器的应用，所述传感器应用于无线非接触式tma检测装置，无线非接触检测装置还实现了在密闭气室外获取气室内气体浓度的功能，具有明显的应用前景。
97.通常，tma有很强的鱼腥味，检测者需要佩戴防毒面具才能在tma环境中进行检测，这使得检测困难且不方便。因此，我们开发了一种无线非接触式tma检测设备，如图8所示。该装置基于无线充电和nfc数据传输原理，分为检测端和目标端，以arduino微控制器为控制器。检测端由锂离子电池供电，便于移动检测。它有一个无线电源线圈和nfc数据传输模块，可以为目标设备供电和读取数据，并配有一个0.96英寸的oled屏幕，可以显示当前的工作状态和传感数据信息。
98.目标端设计为无电源，可放置在封闭的气体环境中，并带有上述设计的集成tma气体传感器。当检测端靠近目标端时，检测端通过无线线圈向目标端供电，并调用传感器检测当前环境中的气体浓度，同时通过nfc线圈将传感数据传输到检测端。装置的工作状态如图9所示。当检测端远离目标端(图9(a))时，目标端没有电源且处于非工作状态，检测端的显示器显示no device！当检测端靠近目标端时，目标端由无线电源供电并开始工作，检测环境中三甲胺气体的浓度并将数据传输到检测端进行显示，图9(b)显示了当前检测到的传感器电阻值和tma浓度。图10传感器气敏特性测试框图。图11为三甲胺气体无线检测设备结构框图。图12为三甲胺气体无线检测设备电路图。
99.该设备的创新性和卓越性在于，它可以实现无线非接触检测，对于特定的受限环境检测显示出独特的优势。使用本装置时，只需将目标端置于受限环境内，探测器可通过将探测器端保持在靠近目标端的气体环境外来完成检测。待测气体被引入封闭的气室，探测器通过气室壁接近外部目标端，以获取气室内气体浓度的信息。
100.上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
技术特征：1.wo3/mxene纳米复合薄膜，其特征是：所述wo3为纳米颗粒状结构，mxene为多层纳米片状结构，wo3纳米颗粒均匀地粘附在多层mxene纳米片的层间或表面，使多层mxene纳米片层间具有空隙，为气体吸附提供了丰富的反应场所。2.根据权利要求1所述的wo3/mxene纳米复合薄膜，其特征是：所述wo3的平均直径约为100nm。3.一种权利要求1-2任一项所述的wo3/mxene纳米复合薄膜的制备方法，其特征是：
①
wo3纳米颗粒的合成：将na2wo4·
2h2o溶解在含有乙二醇和去离子水的混合溶液中，冷却至室温后，在连续搅拌下向上述溶液中加入hcl，形成黄色溶液，将溶液转移至高压釜中反应，冷却至室温后，用去离子水清洗所得产品以去除杂质，并干燥，煅烧2h，获得纯黄色wo3粉末；
②
多层mxene纳米片的合成：将lif和max粉末溶解在hcl中，并在室温下搅拌蚀刻铝层，用去离子水和乙醇清洗溶液中的锂离子，向溶液中添加h2so4，直到ph值达到6，产物在冰浴和氩气气氛中超声处理，离心后，制得mxene的深绿色上清液；
③
wo3/mxene复合材料的合成：将wo3粉末均匀分散在去离子水中来制备wo3溶液，将wo3溶液和mxene溶液混合并超声处理，获得wo3/mxene复合材料。4.根据权利要求3所述的wo3/mxene纳米复合薄膜纳米复合薄膜的制备方法，其特征是：所述
①
中，高压釜中反应温度时间为75℃，12h；干燥温度时间为60℃，10h；煅烧温度为450℃；hcl的浓度为12m；所述
②
中，搅拌反应时间为48小时，lif和max的质量比为1：1；或，所述
③
中wo3浓度为0.01g/ml。5.根据权利要求3所述的wo3/mxene纳米复合薄膜的制备方法，其特征是：具体制备步骤包括：
①
wo3纳米颗粒的合成：在75℃的温度下，将0.66g na2wo4·
2h2o溶解在含有10ml乙二醇和25ml去离子水的混合溶液中，冷却至室温后，在连续搅拌下向上述溶液中加入2.5ml 12.0m hcl，此时形成黄色溶液，将上述溶液转移至100ml高压釜中，并在75℃下热处理12h，冷却至室温后，用去离子水清洗所得产品以去除杂质，然后在60℃下干燥10h，最后，以1℃/min的加热速率在450℃下煅烧2h，以获得纯黄色wo3粉末；
②
多层mxene纳米片的合成：将lif和max粉末各2g溶解在30ml 9m hcl中，并在室温下搅拌48小时，以蚀刻铝层，用去离子水和乙醇清洗溶液中的锂离子，向上述溶液中添加2m h2so4，直到ph值达到6，产物在冰浴和氩气气氛中超声处理1h，在3500rpm下离心1小时后，制得mxene的深绿色上清液；
③
wo3/mxene复合材料的合成：对于wo3/mxene复合材料，通过将0.05g wo3粉末均匀分散在5ml去离子水中来制备wo3溶液，将wo3溶液和1ml mxene溶液混合并超声处理1h，以获得wo3/mxene复合材料。6.基于权利要求1-2任一项所述的wo3/mxene纳米复合薄膜的无线nfc三甲胺传感器，或，所述纳米复合薄膜根据权利要求3-5任一项所述的方法制备，其特征是：所述wo3/mxene
复合材料的溶液涂覆在cu/ni印刷叉指电极上，形成均匀的气敏薄膜。7.根据权利要求6所述的wo3/mxene纳米复合薄膜的无线nfc三甲胺传感器，其特征是：当传感器暴露于tma时，大量电子将被释放，在此过程中，大多数载流子的浓度将增加，导致气体传感器的电阻降低，由于添加了具有多层结构的mxene，wo3纳米颗粒获得了更多的附着点，为气体反应提供了更多的反应位点，wo3纳米颗粒在多层mxene纳米片的层间和表面的均匀分布可以提供更大的比表面积，有利于tma在传感器表面的扩散和反应；mxene具有与金属相似的导电性能，当与wo3接触时，wo3和mxene的界面将形成肖特基结，电子将从mxene转移到wo3，当引入tma时，会释放更多的电子，电子积累层会变得更厚，从而降低气体传感器的电阻，提高传感器的响应值。8.基于权利要求6-7任一项所述的wo3/mxene纳米复合薄膜的无线nfc三甲胺传感器的制备方法，其特征在于：采用旋涂法将wo3/mxene复合材料的溶液涂覆在cu/ni印刷叉指电极上，形成均匀的气敏薄膜，然后将制备好的气体传感器在60℃下干燥4小时，以增强稳定性。9.基于权利要求6-7任一项所述的wo3/mxene纳米复合薄膜的无线nfc三甲胺传感器的应用，或，所述传感器通过权利要求8所述的方法制备，其特征在于：所述传感器应用于无线非接触式tma检测装置。10.根据权利要求9所述的wo3/mxene纳米复合薄膜的无线nfc三甲胺传感器的应用，其特征是：tma检测装置包括分为检测端和目标端，以arduino微控制器为控制器；检测端由锂离子电池供电，包括无线电源线圈、nfc数据传输模块和oled屏幕；目标端设于封闭的气体环境中，设有所述传感器；所述检测端通过无线线圈向目标端供电，并调用传感器检测当前环境中的气体浓度，同时通过nfc线圈将传感数据传输到检测端，当检测端远离目标端时，目标端无电源且处于非工作状态，检测端的显示器显示“no device！”，当检测端靠近目标端时，目标端由无线电源供电并开始工作，检测环境中三甲胺气体的浓度并将数据传输到检测端进行显示。
技术总结本发明属于纳米材料传感器技术领域，具体涉及WO3/MXene的纳米复合薄膜和传感器及其制备方法和应用。所述WO3为纳米颗粒状结构，MXene为多层纳米片状结构，WO3纳米颗粒均匀地粘附在多层MXene纳米片的层间或表面，使多层MXene纳米片层间具有空隙，为气体吸附提供了丰富的反应场所。制备方法：WO3纳米颗粒的合成；多层MXene纳米片的合成；WO3/MXene复合材料的合成。传感器为WO3/MXene复合材料的溶液涂覆在印刷叉指电极上，形成均匀的气敏薄膜。所述传感器应用于无线非接触式三甲胺(TMA)检测装置。本发明用于在室温下检测TMA，具有快速响应/恢复时间及良好的稳定性和选择性、无线非接触式检测的优势。非接触式检测的优势。非接触式检测的优势。
技术研发人员：张冬至 李郑 王东岳 高荣科 张昊
受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）
技术研发日：2022.06.20
技术公布日：2022/11/1
