PEDT導(dǎo)電聚合物氣敏特性研究

采用化學(xué)聚合法制備了導(dǎo)電聚合物3,4-乙烯二氧噻吩膜，利用掃描電子顯微鏡和傅里葉變換紅外光譜法對(duì)薄膜的光學(xué)成分及形貌進(jìn)行了分析。采用叉指電極結(jié)構(gòu)研制出了3,4-乙烯二氧噻吩薄膜氣體傳感器，研究了3,4-乙烯二氧噻吩薄膜氣體傳感器對(duì)有毒氣體NO2和NH3的敏感特性以及其自身的溫度特性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，3,4-乙烯二氧噻吩薄膜氣體傳感器對(duì)低濃度的NO2和NH3都具有很好的敏感特性。該文還對(duì)3,4-乙烯二氧噻吩薄膜對(duì)NO2和NH3兩種氣體的敏感機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)的討論。
關(guān) 鍵 詞 導(dǎo)電聚合物; 氣體傳感器; 氨氣; 氧化氮; 3,4-乙烯二氧噻吩

自1977年導(dǎo)電聚合物被發(fā)現(xiàn)以來，世界各國掀起了研究導(dǎo)電聚合物的熱潮。大量研究表明，各種共軛聚合物經(jīng)摻雜后都能變?yōu)榫哂胁煌瑢?dǎo)電性能的導(dǎo)電聚合物。具有代表性的共軛聚合物有聚乙烯、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、聚對(duì)苯等。
導(dǎo)電聚合物的突出優(yōu)點(diǎn)是既具有金屬和無機(jī)半導(dǎo)體的電學(xué)和光學(xué)特性，又具有聚合物柔韌的機(jī)械性能、可加工性和化學(xué)氧化還原活性。這些特點(diǎn)決定了導(dǎo)電聚合物材料在未來的有機(jī)光電子器件和電化學(xué)器件的開發(fā)和應(yīng)用中將發(fā)揮重要作用。20世紀(jì)80年代后期，德國拜爾公司成功研制開發(fā)出一種新型的導(dǎo)電聚合物3,4-乙烯二氧噻吩(Poly 3,4-Ethylene Dioxy Thiophene，PEDT)，它的導(dǎo)電性能非常好，最高可以達(dá)到550 S/cm[1]，比目前的一般導(dǎo)電聚合物的導(dǎo)電性能都好很多倍[2]，而且PEDT膜導(dǎo)電性能比較穩(wěn)定，是電性能最為穩(wěn)定的高聚物[3]。目前，PEDT已廣泛應(yīng)用于通孔線路板涂層[4]、傳感器[5]、充電電池[5]、光電二極管[5]、固體電解電容[6-7]等方面。
本文采用化學(xué)聚合法在金叉指電極上制作一層PEDT膜[8]，并測試其對(duì)NO2氣體以及NH3氣的敏感特性。
1 實(shí)驗(yàn)部分
試驗(yàn)步驟主要有：(1) 平面叉指電極的制備。(2) PEDT敏感膜的合成和制備。(3) 傳感器的氣敏特性測試。
1.1 平面叉指電極的制備
因?yàn)镻EDT為有機(jī)聚合物材料，其電阻率較高，所以要選用電極間距小而相對(duì)面積大的平面叉指電極，電極間距1 mm、寬1 mm，共10對(duì)，單指長14 mm，電極材料為金，基板為載玻片。
試驗(yàn)采用型真空蒸鍍制膜機(jī)，真空度為3×10?Pa，源基距20 cm，蒸發(fā)電流為130 A。先在基板上蒸鍍一層Ni，再在其上蒸鍍金。
1.2 PEDT敏感膜的合成和制備
PEDT是由單體聚合而來的，其單體結(jié)構(gòu)和聚合反應(yīng)分別如圖1、圖2所示[9]。
制備PEDT敏感膜采用化學(xué)聚合法[10]，先把丙酮和異丙醇按比例混合作為反應(yīng)溶劑，然后依比例加入聚合單體EDT、氧化劑和少量促劑。反應(yīng)在常溫(或低溫)下進(jìn)行，30 min后把處理好的干凈玻璃基片浸入到反應(yīng)液中，靜置3 min，使溶液與基片表面充分接觸，最后取出基片，室溫條件下驅(qū)溶成膜。