嵌段共轭聚合物场效应晶体管及其在传感中的应用

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:iezhan
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基于有机场效应晶体管的传感器在民用和军事领域具有很高的应用潜力,尤其是在柔性可穿戴器件方面。研究高效、低成本、高性能的传感器制备策略尤为重要。本论文通过利用具有自组装能力的嵌段共聚物和绝缘聚合物形成共混体系,在旋涂过程中使得嵌段共聚物在PMMA基质的作用下自组装形成纳米线,进而对共轭-绝缘嵌段共聚物进行形貌的调控以及电学性能的优化。相对于同类型的材料,所制得的嵌段共聚物纳米线具有较高的电学性能和稳定性。并且形成的纳米线半导体层厚度很薄(低于20 nm)能够将传感层直接暴露于待测物质中,并且其具高的比表面积因此在传感性能测试方面有很强的优势。本文主要工作内容如下:1)本次工作证明了通过转移方法嵌段共聚物聚(4-异氰基苯甲酸5-(2-二甲基氨基-乙氧基)-2-硝基-苄基酯)-聚(3-己基噻吩)(PPI(-DMAENBA)-b-P3HT)的螺旋纳米线的制备和表征。通过调节工艺条件可以很好地控制纳米线的密度和横向长度,进而直接优化纳米线的电学性质。基于这种螺旋纳米线的有机场效应晶体管,最高迁移率为9.1×10-3 cm2V-1s-1,开/关比为3.4×105,偏压稳定性高。在进一步的传感实验中表明螺旋纳米线具有高灵敏度和选择性。基于螺旋纳米线的晶体管在浓度低至100 ppb时仍显示出高达28.6%的氨气响应,远高于聚(3-己基噻吩)和另一种没有螺旋结构纳米线的嵌段共聚物的氨气响应(1 ppm氨气响应分’别为7%,0.9%)。以上结果证明螺旋结构与纳米线的组合可以提供制备适用于环境监测、工业和农业生产、卫生保健和食品安全的高性能化学传感器的新策略。2)当前,日盲区深紫外光电探测器(DUVPD)在各个领域的广泛应用引起了学界巨大的研究兴趣。然而,制造DUVPD的材料主要是超宽带半导体材料,例如Ga2O3,ZnxMg1-xO,金刚石和AlxGa1-xN,其制备过程通常需要使用复杂的仪器和工艺。对该部分的研究,我们通过使用上述共混方法形成P3HT-b-PHA纳米线,成功制备了出日盲DUVPD和柔性图像传感器。通过转移-蚀刻法制造的P3HT-b-PHA纳米线的直径为14-18 nm,空穴迁移率为0.04 cm2V-1s-1。器件性能分析表明,基于P3HT-b-PHA纳米线的光探测器对波长为254 nm的DUV光照高度敏感,但对365 nm和其他可见光照射几乎没有响应。机理探究实验表明,日盲区光响应是由于超薄纳米线的独特光学性质所产生的。纳米线的最高响应度达到120A/W,外部量子效率高达50000%。此外,本文在塑料基板上成功地制作了具有10×10像素的柔性图像传感器,可以在平面和弯曲条件下记录“UV”图像。这些结果表明,P3HT-b-PHA纳米线是一种新型理想的高性能DUVPD活性层。
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