PEDT导电聚合物气敏特性研究

采用化学聚合法制备了导电聚合物3,4-乙烯二氧噻吩膜，利用扫描电子显微镜和傅里叶变换红外光谱法对薄膜的光学成分及形貌进行了分析。采用叉指电极结构研制出了3,4-乙烯二氧噻吩薄膜气体传感器，研究了3,4-乙烯二氧噻吩薄膜气体传感器对有毒气体NO2和NH3的敏感特性以及其自身的温度特性。结果发现，3,4-乙烯二氧噻吩薄膜气体传感器对低浓度的NO2和NH3都具有很好的敏感特性。该文还对3,4-乙烯二氧噻吩薄膜对NO2和NH3两种气体的敏感机理进行了详细的讨论。
关 键 词 导电聚合物; 气体传感器; 氨气; 氧化氮; 3,4-乙烯二氧噻吩

自1977年导电聚合物被发现以来，世界各国掀起了研究导电聚合物的热潮。大量研究表明，各种共轭聚合物经掺杂后都能变为具有不同导电性能的导电聚合物。具有代表性的共轭聚合物有聚乙烯、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、聚对苯等。
导电聚合物的突出优点是既具有金属和无机半导体的电学和光学特性，又具有聚合物柔韧的机械性能、可加工性和化学氧化还原活性。这些特点决定了导电聚合物材料在未来的有机光电子器件和电化学器件的开发和应用中将发挥重要作用。20世纪80年代后期，德国拜尔公司成功研制开发出一种新型的导电聚合物3,4-乙烯二氧噻吩(Poly 3,4-Ethylene Dioxy Thiophene，PEDT)，它的导电性能非常好，最高可以达到550 S/cm[1]，比目前的一般导电聚合物的导电性能都好很多倍[2]，而且PEDT膜导电性能比较稳定，是电性能最为稳定的高聚物[3]。目前，PEDT已广泛应用于通孔线路板涂层[4]、传感器[5]、充电电池[5]、光电二极管[5]、固体电解电容[6-7]等方面。
本文采用化学聚合法在金叉指电极上制作一层PEDT膜[8]，并测试其对NO2气体以及NH3气的敏感特性。
1 实验部分
试验步骤主要有：(1) 平面叉指电极的制备。(2) PEDT敏感膜的合成和制备。(3) 传感器的气敏特性测试。
1.1 平面叉指电极的制备
因为PEDT为有机聚合物材料，其电阻率较高，所以要选用电极间距小而相对面积大的平面叉指电极，电极间距1 mm、宽1 mm，共10对，单指长14 mm，电极材料为金，基板为载玻片。
试验采用型真空蒸镀制膜机，真空度为3×10−Pa，源基距20 cm，蒸发电流为130 A。先在基板上蒸镀一层Ni，再在其上蒸镀金。
1.2 PEDT敏感膜的合成和制备
PEDT是由单体聚合而来的，其单体结构和聚合反应分别如图1、图2所示[9]。
制备PEDT敏感膜采用化学聚合法[10]，先把丙酮和异丙醇按比例混合作为反应溶剂，然后依比例加入聚合单体EDT、氧化剂和少量促剂。反应在常温(或低温)下进行，30 min后把处理好的干净玻璃基片浸入到反应液中，静置3 min，使溶液与基片表面充分接触，最后取出基片，室温条件下驱溶成膜。