一種基于偶氮苯類化合物的醋酸氣體傳感器及其制備方法和用圖
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于有機半導體材料技術領域，具體涉及一種基于偶氮苯類化合物的醋酸 氣體傳感器，其制備方法，及其在空氣質量檢測中，特別是在醋酸氣體檢測中的用途。
【背景技術】
[0002] 隨著當今社會國防、環(huán)境監(jiān)測和保護事業(yè)的發(fā)展，對于氣體傳感器的需求急劇增 加。無論是日常生活中常見的加油加氣站、食品廠、煤氣站，還是在科學研究領域的實驗環(huán) 境中，都急需一種比現有傳感器的性能及靈敏度更高的傳感器件。
[0003] 傳統(tǒng)的無機金屬氧化物傳感器不僅對工作環(huán)境的溫度要求較高，而且?guī)缀鯇λ?有機氣體都有響應，暴露出其實用性差、選擇性低的劣勢。電化學氣體傳感器的應用范圍僅 限于能與貴金屬電極發(fā)生催化電化學反應的氣體，其檢測種類較少，并且存在基線漂移、容 易中毒等現象。相比而言，有機小分子膜氣體傳感器具有工作溫度低、選擇性高、薄膜器件 容易設計和調控等優(yōu)點，逐漸受到研究者的青睞。

【發(fā)明內容】

[0004] 針對上述情況，本發(fā)明采用三種不同結構的偶氮苯類共輒小分子（分別命名為 八20(：-21420(：-31420(：-41結構如下所示)來制備氣體傳感器，并且通過在不同氣體濃度 下觀察傳感器的I-V曲線變化來檢測不同濃度的醋酸蒸氣。為了檢測傳感器的選擇性，本發(fā) 明還在相同溫度下對富含羥基的水和乙醇蒸氣進行了檢測，結果證明：本發(fā)明的傳感器具 有工作溫度低、選擇性高等優(yōu)點。
[0005] 具體而言，本發(fā)明采用如下技術方案： 如式(I)所示的偶氮苯類化合物在制備醋酸氣體傳感器中的用途。
[0006] 上述基于偶氮苯類化合物的醋酸氣體傳感器包括叉指電極和鍍膜材料，所述鍍膜 材料為上述如式(I)所示的偶氮苯類化合物，其通過真空鍍膜技術鍍于所述叉指電極上，并 且其厚度為100~200 nm〇
[0007] 優(yōu)選的，在上述基于偶氮苯類化合物的醋酸氣體傳感器中，所述叉指電極以自下 而上依次為娃、二氧化娃（厚度為270~330 nm，優(yōu)選300 nm)、絡（厚度為9~11 nm，優(yōu)選10 nm)的層狀結構為基底，其上設置有金電極(厚度為90~110 nm，優(yōu)選100 nm);所述叉指電極 的叉指寬度為3~8 μπι(優(yōu)選5 μπι)，叉指間距為2~5 μπι(優(yōu)選3 μπι)。
[0008] 上述基于偶氮苯類化合物的醋酸氣體傳感器通過包括如下步驟的制備方法制得： (1) 清潔基板，并將叉指電極固定在所述基板上； (2) 將步驟(1)中固定有叉指電極的基板置于真空鍍膜裝置中，并向所述真空鍍膜裝置 中裝入作為鍍膜材料的上述如式(I)所示的偶氮苯類化合物； (3) 按照如下條件設置真空鍍膜參數:蒸鍍速度為0.5~0.6 A/s，蒸鍍壓力為1Ε-6~1Ε-5 mbar，蒸鍍溫度為120~140°C ; (4) 參數設置完成后，開啟減壓裝置來降低所述真空鍍膜裝置的腔內氣壓，當腔內氣壓 小于5.0 mbar時，開啟分子栗，當氣壓達到蒸鍍壓力時，開始蒸鍍薄膜，直至鍍膜達到所需 的厚度，即得基于偶氮苯類化合物的醋酸氣體傳感器。
[0009] 優(yōu)選的，在上述制備方法中，步驟(1)中所述固定通過雙面膠粘合的方式來完成。 [0010]優(yōu)選的，在上述制備方法中，步驟(2)中所述真空鍍膜裝置為真空鍍膜機。
[0011]優(yōu)選的，在上述制備方法中，步驟(3)中所述真空鍍膜參數設置如下：蒸鍍速度為 0.5 A/s，蒸鍍壓力為IE-5 mbar，蒸鍍溫度為120°C。
[0012] 優(yōu)選的，在上述制備方法中，步驟(4)中所述減壓裝置為真空栗。
[0013] 上述基于偶氮苯類化合物的醋酸氣體傳感器在空氣質量檢測中，特別是在醋酸氣 體檢測中的用途。
[0014] 與現有技術相比，采用上述技術方案的本發(fā)明具有如下優(yōu)點： (1) 器件制備便捷，操作簡單； (2) 選擇性高，對于醋酸的傳感強度遠高于其他含有羥基的分子； (3) 在室溫下即可完成檢測，對環(huán)境溫度的依賴度較低。
【附圖說明】
[0015] 圖1為基于偶氮苯類化合物薄膜的氣體傳感器的結構示意圖。
[0016] 圖2為基于AZ0C-2N薄膜的氣體傳感器對濃度為6.8~27.0 ppm的醋酸蒸氣的I-V曲 線。
[0017] 圖3為基于AZ0C-3N薄膜的氣體傳感器對濃度為6.8~27.0 ppm的醋酸蒸氣的I-V曲 線。
[0018] 圖4為基于AZ0C-4N薄膜的氣體傳感器對濃度為6.8~27.0 ppm的醋酸蒸氣的Ι-ν曲 線。
[0019] 圖5為基于AZ0C-2N薄膜的氣體傳感器的可回復性實驗結果。
[0020] 圖6為基于偶氮苯類化合物薄膜的氣體傳感器的選擇性實驗結果。
【具體實施方式】
[0021] 下文將結合附圖和具體實施例來進一步說明本發(fā)明的技術方案。除非另有說明， 下列實施例中所使用的試劑、材料、儀器等均可通過商業(yè)手段獲得。
[0022] 實施例1:基于偶氮苯有機薄膜的氣體傳感器的制備。
[0023] (1)清潔玻璃基板，并通過雙面膠將叉指電極粘合在基板上，該叉指電極以自下而 上依次為娃、二氧化娃（300 nm)、絡（10 nm)的層狀結構為基底，其上設置有金電極（100 nm)，叉指寬度為5 μπι，叉指間距為3 μπι; (2) 將步驟(1)中固定有叉指電極的基板置于真空鍍膜機中，分別稱取三種偶氮苯類化 合物(420021六20(：-31420(：-4?各35 1^，置于石英坩堝內，并裝入真空鍍膜機中，備用； (3) 按照如下條件設置真空鍍膜參數:蒸鍍速度為0.5 A/s，蒸鍍壓力為IE-5 mbar，蒸 鍍溫度為120 °C; (4) 參數設置完成后，開啟真空栗來降低真空鍍膜機的腔內氣壓，當腔內氣壓小于5.0 mbar時，開啟分子栗(如果分子栗開啟時壓力過大，則會直接損傷分子栗，使得鍍膜壓力達 不到，導致鍍膜質量過差），當氣壓達到IE-5 mbar時，開始蒸鍍薄膜，直至鍍膜厚度達到100 nm，即得基于偶氮苯類化合物的醋酸氣體傳感器，其結構示意圖如圖1所示。
[0024] 從圖1中可以看出，該器件分為五層，自下往上分別是硅、二氧化硅、鉻、金電極和 偶氮苯薄膜。
[0025] 實施例2:三種有機薄膜傳感器在不同氣體濃度下的I-V曲線測定實驗。
[0026] 打開N2氣瓶，向測試裝置中通入純他，保持流量為3 L/min，通入時間達到5 min后， 設定電壓為〇~40 V，測量叉指電極的I-V曲線背景基線。
[0027] 通過動態(tài)配氣裝置來調節(jié)N2流量，并通過稀釋15°C下的飽和醋酸蒸氣來獲得不同 濃度的醋酸氣體（6.8~27.0 ppm)，通入測試倉后測量三種基于有機薄膜(AZ0C-2N、AZ0C-3N、AZ0C-4N)的氣體傳感器在不同醋酸蒸氣濃度下的I-V曲線數據，其結果如圖2至圖4所 不。
[0028] 從圖2至圖4中均可看出，對于不同濃度的醋酸蒸氣而言，氣體傳感器的電流響應 隨氣體濃度的增加而增加。
[0029] 實施例3:基于AZ0C-2N薄膜的氣體傳感器對于不同濃度醋酸蒸氣的可回復性測 試。
[0030] 通過調控進氣開關，交替向測試倉內送入醋酸蒸氣與氮氣，用于測試基于AZ0C-2N 薄膜的氣體傳感器的可回復性，其結果如圖5所示。
[0031] 從圖5中可以看出，對于濃度不斷增高的醋酸蒸氣，電流也會隨之增高；同時，當通 入氮氣時，電流值又開始下降。由此可以證明，基于AZ0C-2N薄膜的氣體傳感器是可回復的， 適合于長期且穩(wěn)定地檢測空氣中的醋酸氣體。
[0032] 實施例4:三種有機薄膜傳感器的選擇性測試。
[0033] 為了檢測氣體傳感器的選擇性，在相同溫度下對富含羥基的水和乙醇蒸氣進行檢 測，其結果如圖6所示。
[0034]從圖6中可以看出，三種薄膜材料對于每ppm的醋酸電流變化均遠大于水和乙醇， 具有良好的選擇性，并且AZ0C-2N對于醋酸的響應程度最高。
[0035] 綜上所述，制備基于AZ0C-2N、AZ0C-3N和AZ0C-4N這三種偶氮苯類有機小分子薄膜 的氣體傳感器能夠實現對于醋酸分子的檢測，其特點是可以在室溫下實施檢測，并且具有 較高的選擇性，相比于現有的傳感器件，具有巨大的應用潛能。
【主權項】
1. 如式I所示的偶氮苯類化合物在制備醋酸氣體傳感器中的用途，2. -種基于偶氮苯類化合物的醋酸氣體傳感器，其包括叉指電極和鍛膜材料，所述鍛 膜材料為根據權利要求1所述的如式I所示的偶氮苯類化合物，所述鍛膜材料通過真空鍛膜 技術鍛于所述叉指電極上，并且所述鍛膜材料的厚度為100~200 nm。3. 根據權利要求2所述的基于偶氮苯類化合物的醋酸氣體傳感器，其特征在于： 所述叉指電極W自下而上依次為娃、二氧化娃、銘的層狀結構為基底，所述基底上設置 有金電極； 所述二氧化娃的厚度為270~330皿，所述銘的厚度為9~11皿，所述金電極的厚度為90 ~110 nm。4. 根據權利要求2所述的基于偶氮苯類化合物的醋酸氣體傳感器，其特征在于： 所述叉指電極的叉指寬度為3~8皿，叉指間距為2~5皿。5. -種根據權利要求2所述的基于偶氮苯類化合物的醋酸氣體傳感器的制備方法，其 包括如下步驟： 1) 清潔基板，并將叉指電極固定在所述基板上； 2) 將步驟1)中固定有叉指電極的基板置于真空鍛膜裝置中，并向所述真空鍛膜裝置中 裝入作為鍛膜材料的根據權利要求1所述的如式I所示的偶氮苯類化合物； 3) 按照如下條件設置真空鍛膜參數:蒸鍛速度為0.5~0.6 A/s，蒸鍛壓力為化-6~1E-5 mbar，蒸鍛溫度為120~140°C ; 4) 參數設置完成后，開啟減壓裝置來降低所述真空鍛膜裝置的腔內氣壓，當腔內氣壓 小于5.0 mbar時，開啟分子累，當氣壓達到蒸鍛壓力時，開始蒸鍛薄膜，直至鍛膜達到所需 的厚度，即得基于偶氮苯類化合物的醋酸氣體傳感器。6. 根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于： 步驟1)中所述固定通過雙面膠粘合的方式來完成。7. 根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于： 步驟2 )中所述真空鍛膜裝置為真空鍛膜機。8. 根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于： 步驟3)中所述真空鍛膜參數設置如下:蒸鍛速度為0.5 A/s，蒸鍛壓力為化-5 mbar，蒸 鍛溫度為120 C。9. 根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于： 步驟4)中所述減壓裝置為真空累。10. 根據權利要求2所述的基于偶氮苯類化合物的醋酸氣體傳感器在醋酸氣體檢測中 的用途。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于偶氮苯類化合物的醋酸氣體傳感器及其制備方法和用途。具體而言，本發(fā)明的醋酸氣體傳感器包括叉指電極和鍍膜材料，該鍍膜材料為如式I所示的偶氮苯類化合物，其通過真空鍍膜技術鍍于叉指電極上，并且其厚度為100~200？nm。本發(fā)明的醋酸氣體傳感器制備便捷，操作簡單，選擇性高，對于醋酸的傳感強度遠高于其他含有羥基的分子；另外，本發(fā)明的醋酸氣體傳感器在室溫下即可完成檢測，對環(huán)境溫度的依賴度較低。
【IPC分類】G01N27/00
【公開號】CN105572174
【申請?zhí)枴緾N201610024206
【發(fā)明人】路建美, 賀競輝, 肖昕
【申請人】蘇州大學
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2016年1月14日