摘要: 对于有机场效应晶体管(OFETs)气体传感器，导电沟道通常集中在有机半导体(OSCs)层底部的几个分子层内，靠近OSCs和电介质之间的界面。因此，传统OFETs气体传感器受到平面OSCs层结构的影响，气体分析物与导电沟道之间难以快速接触和相互作用。从而传感... 展开 对于有机场效应晶体管(OFETs)气体传感器，导电沟道通常集中在有机半导体(OSCs)层底部的几个分子层内，靠近OSCs和电介质之间的界面。因此，传统OFETs气体传感器受到平面OSCs层结构的影响，气体分析物与导电沟道之间难以快速接触和相互作用。从而传感性能通常呈现慢响应、难回复等缺点，无法实现低浓度探测的实际需求。为了提高传感性能，本论文结合静电纺丝法、真空蒸镀法和溶液旋涂法，调控OSCs层的微/纳米结构，制备了具有三维吸附结构的OSCs气敏层，提高了分析气体的吸附与解吸附的效率。对比研究了OSCs层形貌对传感器敏感性的影响，阐明在分析气体中导电沟道电荷传输及响应机制，为柔性有机传感器的应用和发展提供科学依据。 (1)蒸镀CuPc/PVA DNFs膜的制备及气敏性能 采用真空蒸镀法将酞菁铜(CuPc)分子蒸镀在电纺聚乙烯醇(PVA)无序纳米纤维(DNFs)支架上，制备了具有三维结构的蒸镀CuPc/PVA DNFs膜。该传感器对浓度为20ppm的NO2气体的相对响应度为12391%。响应和回复时间分别为3.5min和2.5min。回复率为98%，基线漂移很轻微。灵敏度为829%/ppm。检测限(LOD)为0.5ppm。同平面结构蒸镀CuPc膜传感器相比，性能提升明显。 (2)蒸镀CuPc/PVA ONFs膜的制备及气敏性能 使用带有倾斜狭缝的电纺接收板，制备了PVA有序纳米纤维(ONFs)。将CuPc膜蒸镀在PVA ONFs上，制备了具有规则三维结构的蒸镀CuPc/PVA ONFs膜。该传感器的响应和回复更迅速，对浓度为20ppm NO2气体的相对响应度为952%。响应和回复时间均为0.03min。回复率为99.9%。LOD为0.3ppm。气敏性能提升明显，响应和回复速度加快，回复率和LOD进一步提高。 (3)电纺CuPc:PMMA NFs的制备及气敏性能 为了实现酞菁材料在柔性传感领域的应用，使用溶液处理的静电纺丝法制备的电纺酞菁铜:聚甲基丙烯酸甲酯(CuPc:PMMA)纳米纤维(NFs)。该传感器对20ppm的NO2气体的相对响应度为248%。响应和回复时间分别为5.64min和10min。回复率为60%。灵敏度为7%/ppm。LOD为1ppm。该传感器的性能略有提升。可能是由于PMMA包裹了部分CuPc材料，使气敏层暴露不完全所致。 (4)旋涂CuPc膜的制备及气敏性能 为了提高酞菁材料在柔性传感领域的性能，使用溶液旋涂法制备了旋涂CuPc膜。CuPc溶液浓度为75mg/mL的膜最为连贯。该传感器对20ppm的NO2气体的相对响应度为32797%。响应和回复时间分别为4.55min和2.97min。回复率为80%。灵敏度最大，为1492%/ppm。LOD为0.3ppm。 (5)旋涂CuPc/PVA ONFs膜的制备及气敏性能 在PVA ONFs上旋涂CuPc膜，制备了带有规则三维结构的旋涂CuPc/PVA ONFs膜。该传感器对20ppm的NO2气体的相对响应度为12942%。响应和回复时间分别为2.6min和3.84min。回复率为90%。灵敏度为611%/ppm，LOD为0.2ppm，性能进一步提高。 总之，通过利用纳米纤维来调控CuPc气敏层的微/纳米结构，使基于CuPc材料的气体传感器的性能得到不同程度的提升，方法简单可行，效果明显。为基于有机半导体材料的气体传感器的进一步研究和发展提供了有价值的参考。 收起