作为化学传感器的基于导电聚合物和Ag、AgX(X＝Cl、I、Br)卤化物纳米颗粒的有机电化学晶体管制造技术

本发明专利技术涉及一种基于导电聚合物(例如，PEDOT：PSS)的有机电化学晶体管，其中栅极通过沉积卤化银纳米颗粒AgX(X＝Cl、Br、I)而被集成在沟道的表面上。这种构造允许器件在不向栅极施加电势差的情况下操作(从而降低了操作成本)。该器件能够检测卤离子：通过改变纳米颗粒的性质，且尤其是通过使用AgX(X＝Cl、Br、I)或Ag

Electromechanical chemical transistors based on conducting polymers and Ag, AgX (x = Cl, I, BR) halide nanoparticles as chemical sensors

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】作为化学传感器的基于导电聚合物和Ag、AgX(X＝Cl、I、Br)卤化物纳米颗粒的有机电化学晶体管
本专利技术涉及作为化学传感器的基于导电聚合物和Ag、AgX(X＝Cl、I、Br)卤化物的纳米颗粒(NP)的有机电化学晶体管。更具体地，本专利技术涉及基于导电聚合物(例如PEDOT：PSS)的有机电化学晶体管，其中，栅极通过卤化Ag纳米颗粒，AgX(X＝Cl、Br、I)的沉积而被集成在沟道的表面上。这种构造允许器件在不向栅极施加电势差的情况下操作(从而降低了复杂性和操作成本)。该器件能够检测卤离子：通过改变纳米颗粒的性质，且尤其是通过使用AgX(X＝Cl、Br、I)或Ag2S，传感器获得对X阴离子或硫化物的敏感性。
技术介绍
Wrighton等人在80年代初提出了有机电化学晶体管(OECT)[WhiteHS,KittlesenGP,WrightonMS(1984)Chemicalderivatizationofanarrayofthreegoldmicroelectrodeswithpolypyrrole:fabricationofamolecule-basedtransistor.J.Am.Chem.Soc.106(18):5375-5377]。参照图1，OECT由三端器件组成，其中两个电极(源极和漏极)通过导电聚合物(通常为聚吡咯、聚苯胺或PEDOT：PSS)连接，该导电聚合物构成晶体管沟道并与电解质接触。也浸入电解质的第三电极(栅极)控制导电聚合物的掺杂水平，从而控制其导电性。OECT的操作可以通过以下方式描述[Steady-StateandTransientBehaviorofOrganicElectrochemicalTransistors,DanielA.BernardsandGeorgeG.MalliarasAdvancedFunct.Mater.2007,17,3538-3544]：按照惯例，源极连接至地，并且相对于大地向栅极(Vg)施加电势。可以根据施加到栅极的电势(Vg)来测量在沟道中流动的电流(Isd)。施加正Vg会将离子从电解质引入到导电聚合物中，并且这会导致Isd电流减小。当分析物通过改变Isd而在控制导电聚合物掺杂的电化学过程中起作用时，OECT可以用作化学传感器。已经开发了几种OECT，它们都具有对如下不同的化学化合物敏感的金属栅极，所述化学化合物诸如：阳离子[RBDabke,GDSingh,A.Dhanabalan,R.LalandAQContractor,Anal.Chem.,1997,69,724；P.Lin,F.YanandHLWChan,ACSAppl.Mater.Interfaces,2010,2,1637-1641]和生物分析物[PatentUS20150115227A1],多巴胺[H.Tang,P.Lin,HLWChanandF.Yan,Biosens.Bioectron.,2001,26,4559-4563；S.Casalini,F.Leonardi,T.CramerandF.Biscarini,Org.Electron.,2013,14,156-163]、肾上腺素[PatentUS20150115227A1],dopamine[H.Tang,P.Lin,HLWChanandF.Yan,Biosens.Bioectron.,2001,26,4559-4563；S.Casalini,F.Leonardi,T.CramerandF.Biscarini,Org.Electron.,2013,14,156-163]和葡萄糖[J.Liao,S.Lin,Y.Yang,K.LiuandW.Du,Sens.Actuators,B,2015,208,457-463；DTHoa,TNSKumar,NSPunekar,RSSrinivasa,R.LalandAQContractor,Anal.Chem.,1992,64,2645-2646；PNBartlettandPRBirkin,Anal.Chem.,1993,65,1118-1119；DABernards,DJMacaya,M.Nikolou,JADeFranco,S.TakamatsuandGGMalliaras,J.Mater.Chem.,2008,18]。专利技术人已经证明了实现内置PEDOT：PSS的完整OECT(源极、漏极以及栅极和沟道电极)的可能性。该器件是通过将电极以薄膜形式旋涂而沉积在玻璃支撑件上而制成的，并用作用于抗坏血酸测定的化学传感器[Asimpleall-PEDOT:PSSelectrochemicaltransistorforascorbicacidsensing,IGualandi,M.Marzocchi,E.Scavetta,M.Calienni,A.BonfiglioandB.Fraboni,J.Mater.Chem.B,2015,3,6753-6762]。此外，已经证明通过旋涂将栅极、源极和漏极沉积在纺织品上，可以将该器件制造在纺织品基板上：这样制造的器件还能够在人体生物流体中用作化学传感器。该器件的主要缺点是需要将栅极连接到读取用电子设备，并且需要在栅极和沟道之间放置保持恒定导电性的电解质。[TextileOrganicElectrochemicalTransistorsasaPlatformforWearableBiosensors,I.Gualandi,M.Marzocchi,A.Achilli,D.Cavedale,A.Bonfiglio&B.Fraboni,ScientificReports33637(2016)]。氯化物分析也可以替代地用以下方法进行：电位法、体积法(滴定法)、离子色谱法。然而，所有已知方法都存在一些问题，这些问题限制了它们对于低成本在线分析的适用性，并且在下面列出：-体积法：它们需要使用大量样品，这需要添加不适合于微型或在线分析的试剂和器材；-色谱法：成本高且使用非微型化的仪器；它们需要大量的溶剂才能工作。-电位法：离子选择电极：测量需要两个电极，离子敏感的氯化物电极和参比电极；成本不高，但仍然值得注意；由于需要存在参比电极，因此还是难以微型化。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于导电聚合物和纳米颗粒的有机电化学晶体管，其解决了这些问题并克服了现有技术的缺点。本专利技术的一个目的是根据所附权利要求的晶体管。专利技术的实施方式的具体描述附图说明现在将出于说明性而非限制性的目的描述本专利技术，特别是参照附图，在附图中：-图1示出了根据现有技术的用于电化学用途的晶体管的示意图；-图2示出了根据本专利技术的器件的实施方式的示意图，其中PEDOT：PSS(暗条)的印记(trace)沉积在玻璃或塑料支撑件上；-图3示出了根据本专利技术的传感器原型的表面的SEM(扫描电子显微镜，ScanningElectronMicroscope)特性，其中观察到沉积在PEDOT：PSS上的Ag本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于检测选自包括Cl

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170509 IT 1020170000497461.一种用于检测选自包括Cl-、Br-、I-、S2-的组中的电解质的电化学有机晶体管，所述晶体管包括通过沟道连接的源极和漏极，所述沟道具有由导电聚合物构成的表面，所述导电聚合物在使用中与所述电解质形成接触，所述晶体管的特征在于：在所述表面的至少一部分上存在被卤化银AgX覆盖的Ag的纳米颗粒，其中X＝Cl、Br、I或Ag2S，所述被卤化银AgX覆盖的Ag的纳米颗粒充当栅极。


2.根据权利要求1所述的晶体管，其中，所述导电聚合物是聚吡咯、聚丙氨酸或PEDOT：PSS。


3.根据权利要求1或2所述的晶体管，其中，在所述导电聚合物的表面上的卤化银的量在1×10-8mol·cm-2与1×10-6mol·cm-2的范围内，其中，沉积的纳米颗粒的数量介于每μm21个颗粒与每μm2100个颗粒之间。


4.根据权利要求1至3中的任一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃丽卡·斯卡韦塔，比阿特丽斯·弗拉博尼，伊萨科·瓜兰迪，
申请(专利权)人：博洛尼亚大学阿尔玛母校研究室，
类型：发明
国别省市：意大利;IT