[发明专利]一种无机纳米粒子修饰PVP绝缘层气体传感器制备方法

说明书

本发明涉及一种无机纳米粒子修饰PVP绝缘层气体传感器制备方法。传感器为OFET器件结构，包括硅衬底（1），二氧化硅绝缘层（2），PVP/TiO₂复合材料绝缘层（3），P3HT气体敏感层（4）以及在气体敏感层上蒸镀的Ag叉指电极（5），器件通过简单的旋涂工艺进行绝缘层和气体敏感层薄膜的制备，利用真空蒸镀技术蒸镀Ag叉指电极（5），TiO₂纳米粒子经过吡啶改性增加了与PVP聚合物（6）的相容性，吡啶修饰的TiO₂纳米粒子（7）与PVP聚合物混合提高了绝缘层的介电常数，有利于降低器件的工作电压，从而降低器件的功耗，其次促进了气体敏感层材料P3HT的结晶，提高了传感器对气体的响应能力。该气体传感器具有灵敏度度高，在室温下工作和制备工艺简单的优点。

技术领域

本发明是一种无机粒子修饰PVP绝缘层气体传感器制备方法，涉及气体传感器领域。

背景技术

随着现代社会的不断进步，大量的的二氧化氮，甲醛等有害气体随着汽车尾气和工业生产过程被排放到大气中，对环境会造成较大的破坏，这些有害气体即使在极低的浓度下也会对人体造成不可逆的损伤，因此，发展新型的气体传感器的器件，提高气体传感器的检测极限，对于环境保护以及人的身体健康有着重要的意义。

近年来，有机场效应晶体管（OFET）一直保持着高速的发展，然而，大部分OFET传感器对气体的检测能力仍然不足，为解决气体检测传感器的准确度及响应能力的问题，科研人员不断寻找新的材料构建具有更加优异结构的OFET气体传感器，其中高分子材料因为具有可折叠弯曲的特性得到了越来越多的关注，但是高分子材料作为绝缘层，因为其较低的介电常数，因而需要较高的工作电压，会造成能源的损耗以及装置温度的增加，所以提高绝缘层的介电常数是OFET器件的研究方向之一，而选择优良的活性层材料，有利于提高对气体的敏感性。

发明内容

为解决目前气体传感器存在的问题，本发明提供了一种无机纳米粒子修饰聚乙烯吡咯烷酮（PVP）绝缘层气体传感器的制备方法，通过制备复合材料绝缘层，优化器件性能，该方法具有制备工艺简单，成本低，制备的器件灵敏度高以及可在室温下工作的优点。

本发明为OFET结构气体传感器器件，从下到上依次为硅衬底（1），二氧化硅绝缘层（2），PVP/TiO₂复合材料绝缘层（3），P3HT气体敏感层（4）以及用于检测器件性能变化的Ag叉指电极（5）。

本发明涉及的一种无机纳米粒子修饰PVP绝缘层气体传感器的制备方法，其步骤如下：

首先将二氧化钛（TiO₂）纳米粒子用吡啶进行修饰，以增加TiO₂纳米粒子和PVP聚合物材料的相容性，降低薄膜粗糙度，减少漏电流，将TiO₂纳米粒子溶解于甲苯中，得到TiO₂胶体溶液，之后加入等体积的乙醇溶液离心，将得到的白色沉淀放入吡啶中，在60-80℃下加热反应后离心清洗即可得到吡啶修饰的TiO₂纳米粒子（7）。

将PVP聚合物（6）溶于乙二醇溶液中，加热到120-140℃，然后加入吡啶修饰的TiO₂纳米粒子（7），反应1-2 h，PVP聚合物（6）与吡啶修饰的TiO₂纳米粒子（7）的质量比为1%-3%。

接着将得到的PVP/TiO₂复合材料溶于乙醇中，制备浓度5-30 mg/ml浓度的溶液，使用简单的旋涂方法，将PVP/TiO₂复合材料溶液在2000-3000 rmp，旋转1-2 min，使之在清洗干净的硅中上成膜，随后将器件放在退火装置上在140-160℃下进行2-3 h退火，形成PVP/TiO₂复合材料绝缘层（3）。