PdPc-PANI杂化有机半导体膜及气敏机理的研究

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随着人们对环保的日益重视,对毒气传感器的研究有重要意义。目前气体传感器主要是采用无机半导体法,它存在着方法复杂、成本高、精度低等问题;而有机半导体由于成本低、制膜工艺简单、易与其它技术兼容、常温下工作等优点,已成为研究的热点。聚苯胺(PANI)和金属酞菁是其中的典型代表。本课题以模板法合成了四取代对甲苯氧基酞菁钯(PdPc),按相关文献合成了高氯酸(HClO4)掺杂PANI,并对两种材料进行了相关的表征。采用微细加工技术及机械掩膜技术制作了背面带有加热电阻的平板Pt电极。将两种有机半导体材料以不同的比例混合杂化成(PANI)x(PdPc)1-x(0≤x≤1),分别以涂膜工艺和蒸发镀膜工艺在电极上成膜,制成气体传感器,对浓度为0.01﹪的NO2、SO2、NO、Cl2进行气敏测试,寻找气敏性最好的有机半导体掺杂材料。测试表明掺杂比例x=1/6的复合膜对多种气体均有敏感性,而且灵敏性好。通过扫描电镜(SEM)对涂膜和蒸发膜进行表征,从膜的微观形貌和分子结构两方面对敏感机理进行了分析。涂膜PdPc与PANI膜结构疏松,存在网状气孔;蒸发PdPc膜呈球状晶粒局部互相嵌入分布,PANI膜呈针状颗粒均匀分布,都存在气孔。气孔的存在有利于气体的吸附和脱附。涂膜有序性差,膜厚,响应时间长,但是灵敏度高;蒸发膜分布均匀,膜薄,灵敏度低,但是响应时间短。此外,还讨论了器件结构及检测方式等因素对膜气敏性能的影响,并对以后的发展前景给予了展望。实验数据表明其原理和工艺可行,但是对其稳定性和敏感机理还需进一步探讨。其他掺杂比例也可通过改变工艺等途径获得更好的敏感性。此外,具有较好灵敏性的复合膜的其他特性如选择性等,也需要深入的研究。可望使不同比例的杂化材料通过传感器阵列实现气体的检测。
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