[发明专利]一种基于有机薄膜晶体管的二氧化氮传感器及其制备方法

说明书

本发明提供了一种基于有机薄膜晶体管的二氧化氮传感器及其制备方法，属于传感器及其制备技术领域，所述二氧化氮传感器从下至上依次包括衬底、栅电极、介电层、有机半导体层、源电极和漏电极，所述有机半导体层为金纳米棒与有机半导体材料的混合材料。采用金纳米棒这种棒状结构材料进行掺杂能影响有机半导体材料的分子链取向，导致更好的成膜结晶度和结晶取向，从而获得更好的器件性能，有利于传感信号的传输，同时，金纳米棒的掺杂，显著提高了聚合物薄膜的表面粗糙度，增大了与二氧化氮分子的接触面积，进而更容易感应外界的二氧化氮浓度变化，提升了有机薄膜晶体管的气体传感特性，实现器件对二氧化氮的高灵敏度高响应探测。

技术领域

本发明涉及传感器及其制备技术领域，具体涉及一种基于有机薄膜晶体管的二氧化氮传感器及其制备方法。

背景技术

二氧化氮是一种棕红色有刺激性气味的气体。主要来自于车辆废气、火力发电站和其他工业的燃料燃烧及硝酸、氮肥、炸药的工业生产过程。二氧化氮是一种影响空气质量的重要污染物，吸入二氧化氮会导致中毒反应甚至致命。二氧化氮主要损害呼吸道，吸入气体初期仅有轻微的眼及上呼吸道刺激症状，如咽部不适、干咳等。常经数小时至十几小时或更长时间潜伏期后发生迟发性肺水肿、成为呼吸窘迫综合征，出现胸闷、呼吸窘迫、咳嗽、咯泡沫痰、紫绀等。可并发气胸及纵隔气肿。肺水肿消退后两周左右可出现迟发性阻塞性细支气管炎。慢性毒害主要表现为神经衰弱综合征及慢性呼吸道炎症，个别病例出现肺纤维化，可引起牙齿酸蚀症。长期暴露在浓度为40到100毫克/立方米的二氧化氮环境中会影响人的身体健康。二氧化氮所带来的环境效应多种多样，包括：对湿地和陆生植物物种之间竞争与组成变化的影响；大气能见度的降低；地表水的酸化，富营养化以及增加水体中有害于鱼类和其它水生生物的毒素含量；腐蚀金属、油漆、皮革、纺织品及建筑材料等；渗入地下，可引起地下水酸化，酸化后的地下水中铝、铜、锌、镉等对人体有害金属元素的含量会偏。高二氧化氮也是形成光化学烟雾和酸雨的主要因素之一。目前，检测二氧化氮的技术手段种类繁多，包括气相色谱、红外光谱、毛细管电泳、电化学、光化学等方法，然而，这些方法具有设备复杂、检测周期长或成本高等不足，因此，简单而高效的薄膜晶体管为基础构成的气体传感器成为传感器领域的一个研究热点。

有机薄膜晶体管气体传感器相比于电阻式器件，由于具有灵敏度高、室温工作、易于集成以及独立的多参数来提高选择性等优点，加上有机材料本身所具备的质轻、价廉、具有柔性、制备方法简单、种类多、性能可通过分子设计进行调整等优势，在气体传感器领域一直倍受人们关注。然而，随着材料和制作工艺成本的增长，加上人们对有毒有害气体有效监测的渴望，促使人们研发制备方法简单，气敏性能高效、稳定的有机薄膜晶体管气体传感器。

现有的有机薄膜晶体管二氧化氮传感器以机半导体层作为有机薄膜晶体管最为重要的组成部分，其活性材料主要分为小分子和聚合物两大类。其中，聚合物薄膜可以通过价格低廉的溶液法加工，受到了研究者们的广泛关注。但是，采用溶液法制备普遍存在成膜结晶性差，载流子迁移率较低的缺点。

发明内容

针对上述现有的有机薄膜晶体管二氧化氮传感器存在成膜结晶性差，载流子迁移率较低的缺点，本发明提供一种基于有机薄膜晶体管的二氧化氮传感器及其制备方法。

一种基于有机薄膜晶体管的二氧化氮传感器，所述二氧化氮传感器从下至上依次包括衬底、栅电极、介电层、有机半导体层、源电极和漏电极，所述有机半导体层为金纳米棒与有机半导体材料的混合材料，金纳米棒的含量为0.1～1.5wt％。