[發明專利]基于MOFs和有機半導體異質結的氣體傳感器件及其制備方法

有效

• 申請號: 202110106566.2
• 申請日: 2021-01-27
• 公開（公告）號: CN112928212B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 王帥;王良杰;陳欣
• 申請（專利權）人: 復旦大學;珠海復旦創新研究院
• 主分類號: H01L51/40
• 分類號: H01L51/40;H01L51/05;H01L51/30;G01N27/00;C08G83/00
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發明屬于功能器件技術領域，具體為基于MOFs和有機半導體異質結的氣體傳感器件及其制備方法。本發明方法包括：采用帶有SiO₂層的硅片剪切成小面積于4 cm²的正方形或者圓形，而后使用勻膠機，將導電MOFs和有機半導體材料的混合溶液均勻地滴在硅片上，高轉速下將多余的溶液甩飛；將以上器件退火處理，即得到導電MOFs和有機半導體聚合物的異質結的器件；將其應用于有害氣體氛圍中，定性檢測有害氣體。本發明用制備的基于導電MOFs材料和有機半導體材料的異質結結構搭建的器件，運用于有害氣體檢測，檢測靈敏度高，拓寬了其應用領域。

技術領域

本發明屬于功能器件技術領域，具體涉及一類基于導電MOFs和有機半導體材料異質結的氣體傳感器件及其制備方法。

背景技術

金屬有機框架（Metal Organic Frameworks，MOFs），也稱配位聚合物，是一類由有機配體和無機金屬離子（或簇）通過配位鍵自組裝雜化而形成的高度有序的多孔材料，在材料、物理、化學等領域具有廣泛應用。它具有高的比表面積、可調控的孔直徑、易于功能化和富有較多的活性位點等特點，成為較有前景的功能材料。將不同的配體和金屬在在幾何結構中有不同的排列組合，使得MOFs具有豐富多樣的結構特性，這種多樣的結構，拓展了這類材料在不同領域應用的可能性。

有機場效應晶體管除了傳統的電學開關功能，還具有信號轉換和信號放大功能。這一特性使其成為傳感性能研究和功能應用的理想載體。將不同的外界被分析物引入到有機場效應晶體管，構筑性能優異的傳感器成為 OFET 功能化研究中的重要分支，在環境檢測、健康監測以及人工智能領域顯示出重要的應用前景。

但是大多數有機場效應晶體管，其活性位點并沒有足夠豐富，因此限制了它在氣體傳感領域的應用。基于以上問題，本發明提供了一類基于導電MOFs和有機半導體材料的異質結結構搭建的氣體傳感器件的制備方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠高靈敏度檢測有毒氣體的、基于導電MOFs和有機半導體材料異質結的氣體傳感器件及其制備方法。

本發明提供的導電MOFs和有機半導體異質結的氣體傳感器件的制備方法，具體步驟如下：

（1）采用帶有SiO₂層的硅片剪切成小于4 cm²（如2-4 cm²）的正方形或者圓形，分別用丙酮，異丙醇各超聲（5-8min），以除去表面殘留的雜質；

（2）將步驟（1）得到的硅片采用掩膜的方法在薄膜表面蒸鍍上金電極，備用；

（3）分別配置六巰基苯和Cu(NO3)2﹒3H2O溶液，六巰基苯溶液的溶劑為二氯苯，Cu(NO3)2﹒3H2O的溶劑為水，分別超聲至完全溶解，而后將這兩種溶液混合，超聲0.5-2小時，靜止1小時；然后用乙醇和DMF過濾，之后冷凍干燥機干燥，備用；

（4）取4-10mg的有機半導體DPPTT，用氯仿或二氯苯等含氯溶劑在80-120℃下，攪拌1h，制備4mg/ml的溶液，備用；

（5）將步驟（3）中制得的混合溶液和步驟（4）的溶液混合, 50-90℃攪拌1-3h；其中，前者溶液為后者溶液的1-20wt%；

（6）將步驟（2）得到的硅片放置在勻膠機上，用移液槍將配置好混合溶液均勻地滴在硅片上，然后開啟勻膠機，在高轉速下將多余的鹽溶液甩飛，然后在80℃-170℃下退火10-180min，即得到基于異質結材料的氣體傳感器件。

這里，導電MOFs為Cu，有機半導體材料為DPPTT。

將所得的器件置于有毒氣體NO氛圍中，具有較高靈敏度。

本發明提供了一種新型的導電MOFs和有機半導體材料的異質結結構搭建的氣體傳感器件。此種傳感器件的檢測靈敏度極高,可達到3730%。