[发明专利]一种基于有机场效应管氨气传感器及其制备方法

说明书

本发明属于传感器技术领域，公开了一种基于有机场效应管氨气传感器及其制备方法，用于解决现有场效应晶体管气体传感器由于使用需要消耗大量人力和物料的材料而导致成本高的问题。本发明的基于有机场效应晶体管氨气传感器，包括从下至上依次设置的衬底层、栅电极、介电层和有机半导体层，所述有机半导体层的上端连接有源电极和漏电极，其特征在于，所述介电层的材料为蛋清蛋白；所述有机半导体层由加入有质量比为5％‑15％的蛋清蛋白的可溶性有机半导体材料制作而成。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种基于生物介电层以及生物材料掺杂有机层的有机场效应管氨气传感器及其制备方法。

背景技术

在工业高速发展的今天，人们在享受科技发展给我们带来的日新月异的变化的同时也不得不开始关注科技发展带来的负面影响-环境污染，其中，大气污染因与人们的生活息息相关而备受关注。生活中，人们直接或间接的向大气中释放了很多有害气体，例如甲烷、一氧化氮、二氧化氮、氨气、二氧化硫和硫化氢等，有时甚至会危及生命。以场效应管为基础构成的气体传感器成为传感器领域的一个研究热点，将其应用于无机和挥发性气体的检测已有广泛报道。有机场效应晶体管气体传感器相比于电阻式器件，由于具有灵敏度高、室温工作、易于集成以及独立的多参数来提高选择性等优点，加上有机材料本身所具备的由于质轻、价廉、具有柔性、制备方法简单、种类多、性能可通过分子设计进行调整等优势，在气体传感器领域一直倍受人们关注。然而，随着材料和制作工艺成本的增长，加上人们对环保电子材料的渴望，促使人们研发低成本、制备方法简单、种类多、环境友好的有机电子材料。

介电层作为有机场效应晶体管一个重要的组成部分，现阶段的溶液制备大多大量使用了氯苯、甲苯、氯仿以及苯甲醚等有毒试剂，探究一种水溶液或醇溶液的介电层材料成为实现绿色工艺的重要一环。而现有的基于水溶液或醇溶液的材料，如丝素蛋白，明胶，虫胶等，大都需要复杂的材料提取或炼化过程，此过程必将消耗大量的人力物力。

发明内容

本发明为了解决现有场效应晶体管气体传感器由于使用需要消耗大量人力和物料的材料而导致成本高的问题，而提供一种基于有机场效应管氨气传感器及其制备方法，具有制备工艺简单、生产成本低廉、绿色环保的特点，同时在大气环境下具有高灵敏度、高稳定性和高寿命的特点。

为解决技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种基于有机场效应晶体管氨气传感器，其特征在于，包括从下至上依次设置的衬底层、栅电极、介电层和有机半导体层，所述有机半导体层的上端连接有源电极和漏电极，其特征在于，所述介电层的材料为蛋清蛋白；所述有机半导体层由加入有质量比为5％-15％的蛋清蛋白的可溶性有机半导体材料制作而成。

所述蛋清蛋白为鸡蛋清、鸭蛋清、鹅蛋清或鸵鸟蛋清。

所述可溶性有机半导体材料为聚3-己基噻吩(P3HT)、Tips-并五苯(Tips-pentacene)、含硅氧烷的聚异戊二烯衍生物或PBTTT系列的中一种。

所述有机半导体层的厚度为25～100nm。

所述栅电极、源电极和漏电极材料为金属纳米线，金属纳米线为铁纳米线、铜纳米线、银纳米线、金纳米线、铝纳米线、镍纳米线、钴纳米线、锰纳米线、镉纳米线、铟纳米线、锡纳米线、钨纳米线和铂纳米线中的一种。

一种有机场效应晶体管氨体传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

①利用洗涤剂、丙酮溶液、去离子水和异丙醇溶液对衬底进行清洗，清洗后用氮气吹干；

②在衬底层表面制备栅电极；

③在栅电极上面制备介电层；

④将蛋清蛋白与可溶性有机半导体材料进行按比例超声混合；用混合后的溶液在介电层上制备有机半导体层；

⑤在有机半导体层上制备源电极和漏电极。