[发明专利]一种抗污染场效应晶体管传感器及其制备方法

说明书

本发明属于传感器技术领域，具体为一种抗污染场效应晶体管传感器及其制备方法。本发明场效应晶体管传感器包括：绝缘衬底；在绝缘衬底上的石墨烯层；在石墨烯层两端的源漏电极；在石墨烯表面生长的共价有机框架材料形成的复合薄膜，作为导电传感沟道层。检测时。将场效应晶体管置于测试溶液中，连接电学测试设备，向溶液中加入检测物，实时检测电流的变化。本发明填补了共价有机框架复合材料在场效应晶体管传感器中应用的空白。这种传感器普适性好，反应装置简单，成本低，具有优异的抗污染性能，能够排除溶液中污染物的影响。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种具有抗污染性能的场效应晶体管传感器及其制备方法。

背景技术

共价有机框架材料是2005年由Omar M. Yaghi等人合成出的一类完全由轻质元素(C、H、O、N、B 等)通过共价键的方式连接而成的晶态有机多孔材料。共价有机框架材料以有机小分子为二级构筑单元，通过框架化学理论，以共价键的形式连接而构筑成高分子框架网络。其具有密度小、比表面积大、多孔性、结晶性等特点。此外，还可以通过对有机小分子的结构和功能的设计，实现对共价有机框架材料结构和功能的调控。由于以上独特的优点，共价有机框架材料已经在气体储存与分离、化学催化、质子传输、半导体器件、光学传感等领域表现出很好的应用前景。

在传感器应用领域，通过对有机小分子的结构、功能设计，可以使共价有机框架材料特异性光识别某种离子或有机分子。但相比于光学传感器，场效应晶体管传感器更具有即时、便携、低成本等优势。目前，共价有机框架材料在场效应晶体管传感器应用方面还属于空白，其原因在于，绝大多数的共价有机框架材料导电性太差。电学性质的缺陷，阻碍了共价有机框架材料其在场效应晶体管传感器上的应用。石墨烯具有较好的电学性质，如果可以将共价有机框架的功能性与石墨烯的导电性结合起来，那将可以攻克这一难题。且传统的石墨烯基场效应晶体管传感器采用的方法是对石墨烯进行表面修饰，但修饰过石墨烯仍有较大范围是裸露与检测环境当中的。由于检测环境的复杂多变，检测物中的杂质极有可能和裸露在外的石墨烯相互作用而影响传感信号。而将共价有机框架材料生长在石墨烯表面，可选择性将传感物富集到其孔道内，同时将杂质污染物屏蔽在外，起到抗污染的作用。

基于此思想，本发明设计了共价有机框架/石墨烯复合材料用于具有抗污染性能场效应晶体管，其制备的方法简单，成本低廉。

发明内容

为了解决场效应晶体管传感器在抗污染方面的缺陷，以及共价有机框架材料在场效应晶体管传感器应用上的瓶颈，本发明提供一种具有抗污染性能的场效应晶体管传感器及其制备方法。

本发明提供的具有抗污染性能的场效应晶体管传感器，是基于共价有机框架/石墨烯复合材料的，具体来说，包括：一绝缘衬底；在绝缘衬底上的石墨烯；在石墨烯两端的源漏电极；在石墨烯表面生长的共价有机框架材料形成的复合薄膜，作为导电传感沟道层。

本发明提供的具有抗污染性能的场效应晶体管传感器的制备方法，具体步骤如下：

（1）提供绝缘衬底，合成石墨烯并将其转移至绝缘衬底上；

（2）在石墨烯两端沉积金属作为源漏电极；

（3）在石墨烯表面生长共价有机框架材料薄膜，作为导电传感沟道层，得到共价有机框架/石墨烯复合材料场效应晶体管。

本发明中，所述共价有机框架材料，选自亚胺类共价有机框架材料、硼酸类共价有机框架材料、三嗪类共价有机框架材料等。

本发明中，所述共价有机框架材料的厚度为10纳米至500纳米；孔径尺寸与分子结构相关，孔径范围为1纳米至5纳米。

本发明中，共价有机框架材料是经过官能化的、带有对检测物特异性吸附的修饰基团。

本发明中，所述合成石墨烯方法，包括化学气相沉积法、机械剥离法、电化学剥离法、氧化石墨烯还原法。