本发明专利技术公开了一种溶液法制备多孔有机半导体薄膜的方法及其应用，其特征在于：将高分子量的有机半导体与低分子量的低聚物溶解在有机溶剂中，获得共混溶液；通过溶液旋涂法将共混溶液旋涂在基底上形成共混薄膜，然后使用合适溶剂将共混薄膜中低分子量的低聚物溶解除去后，即获得多孔有机半导体薄膜。本发明专利技术通过溶液法制备多孔薄膜，方法简单、重复性好，对设备和工艺条件的要求较低，适用于大部分高分子半导体多孔薄膜的制备。本发明专利技术所得多孔有机半导体薄膜可用在气相传感器中，通过提供一种有效的气体分散通道，可显著提高有机半导体材料对相应气体分析物的检测效果。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于有机半导体薄膜及器件领域，具体涉及一种制备多孔有机半导体薄膜的新方法及其在化学气相传感器中的应用。
技术介绍
电导率介于有机绝缘体和有机导体之间的一类有机化合物薄膜材料称为有机半导体薄膜，主要应用于有机场效应晶体管(OFET)、有机太阳电池(OSC)、有机发光二极管(OLED)及有机传感器(Organic Sensor)等器件的有源层。其中，具有多孔结构的多孔有机半导体薄膜因可以显著增强气相检测能力，而被应用到化学气相传感器内。有机半导体薄膜的形貌与微结构很大程度决定着器件的性能，传统制备有机半导体薄膜的方法包括真空蒸镀法、旋涂溶液法、喷墨打印法、浸渍提拉法及丝网印刷的方法，这些方法形成的不同的半导体薄膜都有各自的优势特点。其中，多孔有机半导体薄膜的制备目前只能通过蒸镀及一系列复杂的工艺设计来实现。因此，开发出一种简单方便的制备多孔有机半导体薄膜的方法来促进化学传感领域的发展是尤为关键的。
技术实现思路
本专利技术为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种更为方便快捷的溶液法制备多孔有机半导体薄膜的方法，以便于为构建高性能化学气相传感器提供更为简单有效的途径。本专利技术解决技术问题，采用如下技术方案：本专利技术溶液法制备多孔有机半导体薄膜的方法，其特点在于：将高分子量的有机半导体与低分子量的低聚物溶解在有机溶剂中，获得共混溶液；通过溶液旋涂法将共混溶液旋涂在基底上形成共混薄膜，然后使用合适溶剂将共混薄膜中低分子量的低聚物溶解除去后，即获得多孔有机半导体薄膜；所述高分子量的有机半导体为聚噻吩类聚合物半导体、异靛蓝聚合物及其衍生物系列半导体、或吡咯并吡咯二酮聚合物及其衍生物系列半导体；所述高分子量的有机半导体的结构通式如式(1)所示所述低分子量的低聚物为结构式如式(2)所示的聚酯类低聚物、或结构式如式(3)所示的聚硅氧烷类低聚物；式(2)中R1、R2各自独立的选自烷基基团或苯环；式(3)中R1、R2各自独立的选自烷基基团；所述合适溶剂是指可溶解低分子量的低聚物、且不溶解高分子量的有机半导体的溶剂，如丙酮或乙酸乙酯。当所述高分子量的有机半导体为聚噻吩类聚合物半导体时，式(1)中A和B的结构式皆如式(4)所示，式中R为烷基类侧链，且A和B的结构式中R各自独立；当所述高分子量的有机半导体为异靛蓝聚合物及其衍生物系列半导体时，式(1)中A的结构式如式(5)或式(6)所示，B的结构式如式(7)、式(8)、式(9)所示，式(7)中R为烷基类侧链；当所述高分子量的有机半导体为吡咯并吡咯二酮聚合物及其衍生物系列半导体时，式(1)中A的结构式如式(10)或式(11)所示，B的结构式如式(12)、式(13)、式(14)或式(15)所示；当所述低分子量的低聚物为聚酯类低聚物时，结构式如式(16)或(17)所示；当所述低分子量的低聚物为聚硅氧烷类低聚物时，结构式如式(18)或(19)所示；在所述共混溶液中，所述高分子量的有机半导体的浓度为1～10mg/mL；所述低分子量的低聚物的浓度为1～10mg/mL。所述有机溶剂为可同时溶解高分子量的有机半导体与低分子量的低聚物的一种溶剂或多
种溶剂的混合，例如氯仿、氯苯、二氯苯等等。本专利技术的多孔有机半导体薄膜，是首先形成共混的共混薄膜，然后再使用合适溶剂将低聚物去除，使得有机半导体相所形成的薄膜内产生孔隙，从而获得具有多孔结构的有机半导体薄膜，且孔的大小可以根据共混溶液中两相物质的比例来调控。本专利技术进一步提供了通过上述方法所制备的多孔有机半导体薄膜。本专利技术还提供了上述多孔有机半导体薄膜在气相传感器中的应用。将多孔有机半导体薄膜作为气相传感器的有源层，其多孔的结构可以有效增强气体或蒸汽与沟道区的相互作用，提高器件的检测能力，获得高性能气相传感器件。与无孔薄膜器件相比，气相分子从半导体薄膜扩散到达器件沟道层的这一过程，多孔薄膜为气体分子扩散到达沟道层提供了一种更有效和更直接的方式或路径，与之产生更快、更强的相互作用，从而提高传感器件的检测极限、灵敏度、响应时间和恢复时间等传感性能参数，有效改善气相化学传感器的性能。根据半导体特性的不同，将多孔有机半导体薄膜用在气相传感器中，可增强检测的气体或蒸汽可为二氧化氮、一氧化氮、二氧化硫、氨气、光气、硫酸二甲酯、甲烷、乙烷、乙烯、氰化氢、硫化氢等常见有毒有害气体，及硝基苯、甲醇、氯仿、氯苯、乙酸乙酯、二氯甲烷、正己烷、四氢呋喃等常用有机溶剂蒸汽。与现有制备多孔有机半导体薄膜的方法相比，本专利技术的有益效果体现在：1、本专利技术通过溶液法制备多孔薄膜，方法简单、重复性好，相对于传统蒸镀方法而言，对设备和工艺条件的要求较低，易于操作，且适用于大部分高分子半导体多孔薄膜的制备，解决了高分子半导体不适用于蒸镀工艺的问题；2、本专利技术所使用的低分子量的低聚物，都是工业上较为常见的增塑剂、润滑剂等材料，成本低廉、来源广泛，可进行大批量生产。3、本专利技术在制备多孔有机半导体薄膜时，通过改变共混溶液中两组分的用量比即可调控产品中孔的尺寸，通过将共混溶液中低聚物的用量调至较低时还可获得无孔膜，方法简便。4、本专利技术所制备的多孔有机半导体薄膜时在用于气相传感器时，通过提供一种有效的气体分散通道，可显著提高有机半导体材料对相应气体分析物的检测效果。附图说明图1为本专利技术实施例1中PBIBDF-BT的分子式；图2为本专利技术实施例1中多孔有机半导体膜制备的流程示意图；图3为本专利技术实施例1以不同PBA含量下所得PBIBDF-BT薄膜的原子力显微镜图像(AFM)，其中(a)为PBA含量为0wt.％时所得薄膜，(b)为PBA含量为20wt.％时所得薄膜、(c)为PBA含量为40wt.％时所得薄膜；图4为本专利技术实施例2以不同硅油含量下所得PBIBDF-BT薄膜的原子力显微镜图像(AFM)，其中(a)为硅油含量为0wt.％时所得薄膜，(b)为硅油含量为10wt.％时所得薄膜，(c)为硅油含量为20wt.％时所得薄膜；图5为本专利技术实施例3中PIID-BT的分子式；图6为本专利技术实施例3所得多孔PIID-BT薄膜的原子力显微镜图像(AFM)；图7为本专利技术实施例4中PBTPBF-DBT的分子式；图8为本专利技术实施例4所得多孔PBTPBF-DBT薄膜的原子力显微镜图像(AFM)；图9为本专利技术实施例5中聚噻吩类半导体材料的分子式；图10为本专利技术实施例6中吡咯并吡咯二酮(DPP)聚合物及其衍生物系列半导体的分子式；图11为多孔PBIBDF-BT薄膜NH3传感器结构示意图；图12为多孔PBIBDF-BT薄膜器件与无孔PBIBDF-BT薄膜器件的传感性能比较图，其中(a)为多孔器件传感重复性曲线，(b)为无孔器件传感重复性曲线。具体实施方式实施例1本实施例是以异靛蓝聚合物异构体衍生物PBIBDF-BT(结构式如图1)为高分子量的有机半导体(其重均分子量为58852)，以聚己二酸(1,4)丁二醇酯(PBA)(结构式如式(16)所示)作为共混的低分子量的低聚物(其重均分子量为2000)，在Cytop修饰的SiO2基底上制备多孔PBIBDF-BT薄膜。如图2所示，本实施例多孔PBIBDF-BT薄膜的制备步骤如下：以带有300nm SiO2层的重掺杂硅片作为基底，依次使用丙酮、乙醇、去离子水清洗15min，再本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种溶液法制备多孔有机半导体薄膜的方法，其特征在于：将高分子量的有机半导体与低分子量的低聚物溶解在有机溶剂中，获得共混溶液；通过溶液旋涂法将共混溶液旋涂在基底上形成共混薄膜，然后使用合适溶剂将共混薄膜中低分子量的低聚物溶解除去后，即获得多孔有机半导体薄膜；所述高分子量的有机半导体为聚噻吩类聚合物半导体、异靛蓝聚合物及其衍生物系列半导体、或吡咯并吡咯二酮聚合物及其衍生物系列半导体；所述高分子量的有机半导体的结构通式如式(1)所示所述低分子量的低聚物为结构式如式(2)所示的聚酯类低聚物、或结构式如式(3)所示的聚硅氧烷类低聚物；式(2)中R1、R2各自独立的选自烷基基团或苯环；式(3)中R1、R2各自独立的选自烷基基团；所述合适溶剂是指可溶解低分子量的低聚物、且不溶解高分子量的有机半导体的溶剂。
【技术特征摘要】
1.一种溶液法制备多孔有机半导体薄膜的方法，其特征在于：将高分子量的有机半导体与低分子量的低聚物溶解在有机溶剂中，获得共混溶液；通过溶液旋涂法将共混溶液旋涂在基底上形成共混薄膜，然后使用合适溶剂将共混薄膜中低分子量的低聚物溶解除去后，即获得多孔有机半导体薄膜；所述高分子量的有机半导体为聚噻吩类聚合物半导体、异靛蓝聚合物及其衍生物系列半导体、或吡咯并吡咯二酮聚合物及其衍生物系列半导体；所述高分子量的有机半导体的结构通式如式(1)所示所述低分子量的低聚物为结构式如式(2)所示的聚酯类低聚物、或结构式如式(3)所示的聚硅氧烷类低聚物；式(2)中R1、R2各自独立的选自烷基基团或苯环；式(3)中R1、R2各自独立的选自烷基基团；所述合适溶剂是指可溶解低分子量的低聚物、且不溶解高分子量的有机半导体的溶剂。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：当所述高分子量的有机半导体为聚噻吩类聚合物半导体时，式(1)中A和B的结构式皆如式(4)所示，式中R为烷基类侧链，且A和B的结构式中R各自独立；当所述高分子量的有机半导体为异靛蓝聚合物及其衍生物系列半导体时，式(1)中A的结构式如式(5...
【专利技术属性】
技术研发人员：邱龙臻，吴少华，王庆贺，葛丰，薛战，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34
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