PEDT導電聚合物氣敏特性研究

采用化學聚合法制備了導電聚合物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薄膜的光學成分及形貌進行了分析。采用叉指電極結構研制出了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有毒氣體NO2和NH3的敏感特性以及其自身的溫度特性。結果發(fā)現(xiàn)，3,4-乙烯二氧噻吩薄膜氣體傳感器對低濃度的NO2和NH3都具有很好的敏感特性。該文還對3,4-乙烯二氧噻吩薄膜對NO2和NH3兩種氣體的敏感機理進行了詳細的討論。
關 鍵 詞 導電聚合物; 氣體傳感器; 氨氣; 氧化氮; 3,4-乙烯二氧噻吩

自1977年導電聚合物被發(fā)現(xiàn)以來，世界各國掀起了研究導電聚合物的熱潮。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щ娦阅艿膶щ娋酆衔?。具有代表性的共軛聚合物有聚乙烯、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、聚對苯等?BR>導電聚合物的突出優(yōu)點是既具有金屬和無機半導體的電學和光學特性，又具有聚合物柔韌的機械性能、可加工性和化學氧化還原活性。這些特點決定了導電聚合物材料在未來的有機光電子器件和電化學器件的開發(fā)和應用中將發(fā)揮重要作用。20世紀80年代后期，德國拜爾公司成功研制開發(fā)出一種新型的導電聚合物3,4-乙烯二氧噻吩(Poly 3,4-Ethylene Dioxy Thiophene，PEDT)，它的導電性能非常好，最高可以達到550 S/cm[1]，比目前的一般導電聚合物的導電性能都好很多倍[2]，而且PEDT膜導電性能比較穩(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。
本文采用化學聚合法在金叉指電極上制作一層PEDT膜[8]，并測試其對NO2氣體以及NH3氣的敏感特性。
1 實驗部分
試驗步驟主要有：(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
因為PEDT為有機聚合物材料，其電阻率較高，所以要選用電極間距小而相對面積大的平面叉指電極，電極間距1 mm、寬1 mm，共10對，單指長14 mm，電極材料為金，基板為載玻片。
試驗采用型真空蒸鍍制膜機，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，其單體結構和聚合反應分別如圖1、圖2所示[9]。
制備PEDT敏感膜采用化學聚合法[10]，先把丙酮和異丙醇按比例混合作為反應溶劑，然后依比例加入聚合單體EDT、氧化劑和少量促劑。反應在常溫(或低溫)下進行，30 min后把處理好的干凈玻璃基片浸入到反應液中，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。