聚3-已基噻吩复合薄膜气体传感器的制备及特性研究

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聚噻吩是导电聚合物中较早发现的具有环境稳定性和可加工性的材料之一,因其在导电体、非线性光学器件、发光二极管、传感器、太阳能电池等现代光电子、微电子领域里具有广泛的应用前景而倍受学术界和产业界重视,进而成为了近年来的材料研究的一大热点。聚噻吩及其衍生物可以被用来做气体传感器的敏感材料。与无机氧化物气敏材料相比,它们具有显著的优势:低成本、相对简单的加工方式、能在室温下工作等等。但是,早期的研究表明纯的聚合物气敏材料存在着灵敏度和选择性差的问题。纳米复合材料的出现给了科学工作者们解决这一问题的方法。由于纳米分散相有大的表面积和强的界面相互作用,纳米复合材料表现出不同于一般宏观材料的力学、热学、磁学和光学性能。复合材料能弥补单一材料的缺点,与单一材料相比,材料的选择性,灵敏度以及稳定性都能得到增强。本文主要做了以下两方面内容:(1)首先通过机械共混的方法制备了P3HT/ SnO2及P3HT/ In2O3复合材料,并用旋涂的方法在QCM上成膜。对制备的薄膜进行了表面形貌和紫外-可见光光谱等分析。发现薄膜没有断层且分布比较均匀,但是薄膜有些部分有深色颗粒和聚合物的团聚。紫外-可见光光谱分析表明聚合物和无机氧化物只是物理混合,并没有发生化学反应。传感器被用于测量NO2、氯代甲烷和醇类蒸汽。气敏测试结果表明传感器对NO2和氯代甲烷蒸汽都有近似线性的响应。SnO2复合薄膜的响应要稍微优于In2O3复合薄膜的响应度。两种薄膜在NO2气氛中的灵敏度和回复性都比较差,QCM的频率不能回复到初始值。复合薄膜对醇类蒸汽的响应很小,且随着浓度变化不大。(2)通过旋涂的方法将上述复合材料涂覆在双端SAW器件上面做成了SAW气体传感器。SAW器件的特性决定了在其上能涂覆的薄膜厚度要远远薄于QCM上的膜厚,试验中对SAW器件成膜时选用较稀的溶液旋涂一次。SAW器件的参数通过网络分析仪测试。测试了传感器对上述三类气体的气敏特性,结果显示SAW传感器的响应与QCM的响应类似:SAW传感器对三氯甲烷的响应要大于对二氯甲烷的响应,P3HT/SnO2复合薄膜对各种气体的响应要大于P3HT/In2O3对相应气体的响应,两种复合薄膜对醇类的响应都比较小,SAW传感器对NO2响应也有回复性比较差的情况。
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