[发明专利]有机传感器装置及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种对压力、电压、变形、气体和/或温度变化敏感的有机传感器装置。

本发明的有机传感器装置包括与基衬底紧密接触的有机材料层。

本发明的传感器装置可应用于分子电子学或塑料电子学领域、以及具体地应用于有机传感器领域。

背景技术

传感器具有提供我们周围的物理的、化学的、生物的信息的作用。

传统上用作传感器的材料是基于无机化合物、半导体、电解液、金属和催化材料的。

然而，目前对于制造低成本的且具有其他特征的气体、温度和压力传感器存在日益增长的需要。这要求使用很少的组件和制造工艺并寻找低成本或新的材料。另外，在一些应用中，大小和重量限制也是很重要的。

为了达到这些目的，在传感器中使用有机材料提供了明显的优势，这是因为它们的低成本、加工性能、挠性、重量轻、以及可能通过化学合成来调节其性能。

绝缘有机的和固有导电聚合物已经用于传感器的制备中。通常，固有导电聚合物用作涂层材料或用于封装电极，并且非导电聚合物用来固定设备的各个试剂(例如见B.Adhikari and S.Majumdar，Prog.Polym.Sci.29(2004)699)。

国际专利WO 9303355描述了一种用于从半导体聚合物制造气体传感器的方法。该聚合物能够与气体和挥发性化合物相互作用，并且当这发生时，聚合物电阻被修改。以这种方式，传感器可以用来通过测量两个接触器之间的聚合物电阻而检测大气中气体的存在。然而，该方法需要大量步骤(大约20个)。

基于交叉指形电极和压电聚合物的有机传感器的典型实例在专利WO 2006057987中描述。电极放置在聚合物上以便可以检测和传输压力数据。

设计和制造聚合物基传感器的主要困难之一是产生与聚合物材料的电接触。微电子技术允许高精确电极的制造；不过，所述技术引起具有可比于或大于聚合物固有电阻的电阻的电接触，这导致不精确的测量。另一方面，聚合物传感器的另一个困难是由于许多种聚合物的电阻温度系数(CTR)非常高，因此，通常需要使用增加最终传感器成本的温度补偿技术的事实。这些设备的另一个困难在于聚合物通常由电化学装置来合成。因此，需要使用电化学装备并制造金属电极，通常由金或铂制造。除了由电极的分离所限制的设备的区域之外，聚合物对衬底的粘附也是一个问题。此外，聚合物有机传感器趋向于变得容易退化。

还制造了具有有机晶体管的传感器(见T.Someya，T.Sekitani，S.Iba，Y.Kato，H.Kawaguchi，T.Sakurai，PNAS 2004，101，9966)，但是为了制备这些类型的设备仍需要很多不同的阶段。

因此，非常需要寻找一种新的精确且低成本的有机传感器。

在分子导体材料中，传递盐晶体是有高度发展前景的，这是因为它们在周围环境温度中的传导性对于压力变化是非常敏感的，并且它们的传导性通常随温度线性地增加。大多数这些分子晶体是具有很低激活能量的金属或半导体，并且因此，它们的CTR低于有机聚合物的CTR。有机导体比金属和无机半导体更软，并且由于这个原因，分子导体的压电电阻率值大于传统导体的压电电阻率值。例如，在8千巴下分子超导体β-(ET)2I3[ET＝双(亚乙基二硫)四硫富瓦烯]的传导性是大于周围环境压力的数量级的量。

另一方面，专利SU 1668855描述了向β-(ET)₂I₃晶体施加电压的影响。

R.Lyiubovskii和collaborators还在Synthetic Metals，40(1991)155中描述了向β-(PT)₂I₃[PT＝双(亚丙基二硫)四硫富瓦烯]晶体施加压力之后的传导性的大幅增加；例如，在80千巴的压力下，传导性增加1300个系数。

此外，还已知通常基于四硫富瓦烯衍生物的导电有机盐晶体中的导电性，对温度具有不同类型的响应。例如见，J.M.Williams，J.R.Ferraro，R.J.Thorn，K.D.Carlson，U.Geiser，H.H.Wang，A.M.Kini，M.-H.Whangbo，Organic Superconductors(Including Fullerenes)：Synthesis，Structure，Properties，and Theory，Prentice Hall，EnglewoodCliffs，New Jersey，1992。