CN112649470A - 一种有序聚合物纳米纤维阵列修饰的立体有机气体传感器的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种有序聚合物纳米纤维阵列修饰的立体有机气体传感器的制备方法，利用静电纺丝装置（1）和带间隙纤维接收器（2）形成的特殊电场，改变聚乙烯醇（PVA）纳米纤维（3）的纺丝方向，在纤维接收器（2）的间隙中收集方向有序的PVA纳米纤维（4）。将有序的PVA纳米纤维转移到SiO2/Si衬底（5）表面，在其上利用真空蒸镀法生长三维立体的酞菁铜（CuPc）有机半导体气敏膜（6），蒸镀银（Ag）叉指电极（7）。有序的纳米纤维阵列作为有机半导体层支架，形成了三维立体的CuPc有机半导体气敏层，使目标气体和有机半导体层之间可以多角度多维度的接触，获得了低检测限、瞬时响应、回复迅速的优质气体传感器。
Description
技术领域
本发明涉及一种有序聚合物纳米纤维阵列修饰的立体有机气体传感器的制备方法，属于有机气体传感器技术领域。
背景技术
NO2气体是一种有毒气体，主要由燃烧化石燃料的废气产生。职业安全与健康管理局（OSHA）报告指出，人体短期接触NO2气体的限值为1 ppm，15 min。监测NO2气体对保护环境和保护人类健康非常重要。目前已经制造了各种用于NO2气体传感的传感器，如有机场效应晶体管（OFET）传感器、电化学传感器、表面波传感器、光学传感器等。其中，OFET传感器以其制备方便、成本低、灵敏度高、多功能集成等优点成为研究热点。
为了获得优良的OFET气体传感器，制备性能卓越的有机半导体层是关键。通过简单有效的实验方法，调制有机半导体层的微/纳米结构，加大有机半导体层的比表面积，使目标气体和有机半导体层之间有多角度多维度的接触，可以获得低检测限、瞬时响应、回复迅速的优质气体传感器。
本发明采用静电纺丝间隙法制备有序的聚合物纳米纤维阵列，将该有序的纳米纤维阵列作为有机半导体层支架，在其上真空蒸镀有机半导体材料酞菁铜（CuPc），得到了具有三维立体的CuPc有机半导体气敏层的NO2气体传感器。该法制备的NO2气体传感器具有低检测限、瞬时响应、快速回复的优点。
发明内容
本发明是一种有序聚合物纳米纤维阵列修饰的立体有机气体传感器的制备方法，采用该法制备的NO2气体传感器，可以低浓度的NO2气体、瞬时响应、回复迅速，大幅度改善了气体传感器的性能。
该气体传感器采用静电纺丝间隙法制备，如图1和图2所示，利用静电纺丝装置（1）和带间隙纤维接收器（2）形成的特殊电场，改变聚乙烯醇（PVA）纳米纤维（3）的纺丝方向，在纤维接收器（2）的间隙中收集方向有序的PVA纳米纤维（4）。将有序的PVA纳米纤维转移到SiO2/Si衬底（5）表面，在其上利用真空蒸镀法生长三维立体的酞菁铜（CuPc）有机半导体气敏层（6），蒸镀银（Ag）叉指电极（7）。
附图说明
图1 有序聚合物纳米纤维阵列的制备示意图。
图2 有序聚合物纳米纤维阵列修饰的立体有机气体传感器结构示意图。
具体实施方式
本发明是一种有序聚合物纳米纤维阵列修饰的立体有机气体传感器的制备方法，具体实现过程如图1和图2所示：
a）静电纺丝装置（1）的纺丝喷头垂直对准纤维接收器（2）的间隙处。静电高压设置为直流18 kV, 以1.5 mL/h 的速度推进浓度为10.0 wt%的聚乙烯醇（PVA） 前驱体溶液，在室温25 ℃，相对湿度50 % 的条件下纺制PVA纳米纤维（3），纺丝时间设置为 20 s。在电场的作用下，在纤维接收器（2）的间隙处形成单层有序的PVA纳米纤维（4）。
b）将有序的PVA纳米纤维（4）平移到SiO2/Si衬底（5）上。
c）采用真空蒸镀的方法，在带有有序的PVA纳米纤维（4）的SiO2/Si衬底（5）上诱导生长30 nm厚度的三维立体的CuPc有机半导体气敏层（6）。蒸镀过程中，衬底温度设定为150℃，蒸镀真空5.5×10-4 Pa。
d）使用掩膜板遮挡蒸镀银（Ag）材料作为叉指电极（7）。从而获得有序聚合物纳米纤维阵列修饰的立体有机气体传感器。该传感器所具有三维立体的CuPc有机半导体气敏层（6）具有更高的气体灵敏度，更快的响应速度和回复时间。
Claims (5)
1.一种有序聚合物纳米纤维阵列修饰的立体有机气体传感器的制备方法包括：利用静电纺丝装置（1）和带间隙纤维接收器（2）形成的特殊电场，改变聚乙烯醇（PVA）纳米纤维（3）的纺丝方向，在纤维接收器（2）的间隙中收集方向有序的PVA纳米纤维（4），将有序的PVA纳米纤维转移到SiO2/Si衬底（5）表面，在其上利用真空蒸镀法生长三维立体的酞菁铜（CuPc）有机半导体气敏层（6），蒸镀银（Ag）叉指电极（7）。
2.根据权利要求1所述的一种有序聚合物纳米纤维阵列修饰的立体有机气体传感器的制备方法，其特征在于，静电纺丝装置（1）的纺丝喷头垂直对准纤维接收器（2）的间隙处，静电高压设置为直流18 kV, 以1.5 mL/h 的速度推进浓度为10.0 wt%的聚乙烯醇（PVA） 前驱体溶液，在室温25 ℃，相对湿度50 % 的条件下纺制PVA纳米纤维（3），纺丝时间设置为20 s，在电场的作用下，在纤维接收器（2）的间隙处形成单层有序的PVA纳米纤维（4）。
3.根据权利要求1所述的一种有序聚合物纳米纤维阵列修饰的立体有机气体传感器的制备方法，其特征在于，将有序的PVA纳米纤维（4）平移到SiO2/Si衬底（5）上。
4.根据权利要求1所述的一种有序聚合物纳米纤维阵列修饰的立体有机气体传感器的制备方法，其特征在于，采用真空蒸镀的方法，在带有有序的PVA纳米纤维（4）的SiO2/Si衬底（5）上诱导生长30 nm厚度的三维立体的CuPc有机半导体气敏层（6），蒸镀过程中，衬底温度设定为150 ℃，蒸镀真空5.5×10-4 Pa。
5.根据权利要求1所述的一种有序聚合物纳米纤维阵列修饰的立体有机气体传感器的制备方法，使用掩膜板遮挡蒸镀银（Ag）材料作为叉指电极（7），从而获得有序聚合物纳米纤维阵列修饰的立体有机气体传感器。
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