【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于离子检测，具体涉及一种呋喃类稠合衍生物材料及其在钡离子检测中的应用。
技术介绍
1、钡(ba)作为一种碱土金属，一直作为微量元素存在于食品和饮用水中，且在工业(电子、陶瓷、石油等)和医药(钡餐造影等)领域具有广泛的应用。钡单质毒性不大，但可溶性钡盐有剧毒，临床上主要表现为心脏损害及低钾血症，重症者会导致瘫痪甚至死亡。此外，钡离子还是一种常见的水污染物，在生物放大作用下，可富集于人体进而造成伤害。因此，高灵敏度和选择性地检测水性介质中的ba2+很重要。然而，目前对于ba(ii)污染和检测的研究并不多，常用的检测方法主要包括电感耦合等离子体质谱、原子吸收光谱、电化学传感、荧光传感等，这些方法存在着需要熟练的操作人员、繁琐复杂、成本高昂、不适合实时分析等缺点。
2、有机电化学晶体管(organic electrochemical transistor，oect)作为一种混合离子电子导体，栅极和活性层之间通过电解液连接，能够实现离子信号和电子信号之间的实时转换，并且其对于电解液中的离子变化非常敏感，具有信号放大特性，因此适合于水性环境下的离子检测。同时，对于选择性，冠醚自从被发现以来，就表现出了对碱金属离子的偏爱，这主要与二者之间的络合作用有关，因此其作为一种络合剂被广泛使用。不同大小和类型的冠醚(例如含氮冠醚(氮杂冠醚)、含硫冠醚、含氧冠醚)表现出不同的离子选择性，这取决于供体原子的类型、数量，还有空腔相对于阳离子的尺寸大小和形状。例如，有研究基于15-冠醚-5噻吩聚合物和18-冠醚-6噻吩聚合物修饰oect
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种呋喃类稠合衍生物材料及其在钡离子检测中的应用，通过将呋喃类稠合衍生物材料作为oect的活性层，将氮杂18-冠-6类冠醚材料修饰在活性层上方，将特定氮杂冠醚材料对钡离子的络合作用与有机电化学晶体管相结合，通过有机电化学晶体管器件的电流响应，实现对钡离子浓度的快速准确高灵敏度检测，旨在解决现有技术在检测钡离子时存在繁琐复杂、成本高昂、检测灵敏度差、不适合实时分析等问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
3、本专利技术第一方面提供了一种呋喃类稠合衍生物，所述呋喃类稠合衍生物的结构式如下所示：
4、
5、其中，选自
6、
7、
8、选自
9、选自
10、r选自r1:r2:
11、r3:r4:
12、r5:
13、优选地，所述呋喃类稠合衍生物的结构式如下所示：
14、
15、本专利技术第二方面提供了第一方面所述的呋喃类稠合衍生物在钡离子检测中的应用。
16、本专利技术第三方面提供了一种基于有机电化学晶体管的钡离子传感器，所述钡离子传感器包括衬底、栅电极、源极、漏极，以及覆盖在源漏电极之间的沟道上的双层结构薄膜，所述双层结构薄膜包括由第一方面所述的呋喃类稠合衍生物制成的活性层和制备在活性层上方的氮杂冠醚选择性层，所述氮杂冠醚具有以下所示的结构式：
17、
18、本专利技术的基于oect传感器的检测机制是：通过氮杂冠醚材料ndi-18-c-6和钡离子的络合作用改变薄膜和电解液界面处的电位，从而改变有效栅压和沟道电流。冠醚对钡离子的络合作用会导致沟道/电解液界面双电层中电解液一侧的正电荷增多，进而在沟道诱导出更多电子，形成新的双电层，从而使得整体压降被重新分配，最终导致有效栅极电压增大。同等栅极电压下，添加钡离子时有效栅极电压比不含钡离子时更大，即ba2+离子的定量检测可以通过钡离子浓度与δvgseff之间的关系来实现，vgseff的偏移与钡离子浓度对数成比例。
19、优选地，所述钡离子传感器的检测极限为10nm。
20、本专利技术第四方面提供了第三方面所述的基于有机电化学晶体管的钡离子传感器的制备方法，包括以下步骤：
21、s1、在衬底上沉积栅电极、源极和漏极，并使用高温胶带对沟道区域进行图案化，使沟道暴露出来；
22、s2、采用溶剂正交法，先配置gbnr的六氟异丙醇溶液，利用gbnr在沟道先沉积第一层活性层，再配置氮杂冠醚的乙醇溶液，在活性层上方利用氮杂冠醚继续沉积第二层离子选择性层；
23、s3、去除胶带后获得均匀的双层结构薄膜，再将用pdms制备的槽小心地贴在沟道和栅电极周围，即得钡离子传感器。
24、优选地，所述gbnr的六氟异丙醇溶液的浓度为7-13mg/ml。
25、优选地，所述氮杂冠醚的乙醇溶液的浓度为4-8mg/ml。
26、优选地，双层结构薄膜均采用旋涂工艺进行，且都采用450-600rpm运行4-7s，再900-1200rpm运行25-45s的两段工艺。
27、优选地，源漏电极之间的沟道的宽度为38000-40000μm，长度为16-25μm。
28、优选地，所述衬底选用玻璃衬底，所述源极和漏极选用金源极和金漏极，所述栅电极选用银栅电极。当然，所述衬底包括但不限于玻璃衬底，所述源极和漏极包括但不限于金源极和金漏极，所述栅电极包括但不限于银栅电极。
29、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
30、本专利技术以稳定性好的n型小分子半导体gbnr作为oect的活性层，将设计合成的氮杂18-冠-6类冠醚材料修饰在活性层上方，通过氮杂冠醚提供选择性，制备成全平面钡离子传感器，可以实现快速准确高灵敏度地实时检测钡离子浓度的目的，从而满足环境水样的检测要求。
31、具体表现在：
32、(1)将呋喃类稠合衍生物材料作为oect的活性层用于制备有机电化学晶体管传感器，呋喃类稠合衍生物材料作为活性层材料，制备的晶体管具有性能高【(电流高，达到1ma以上】，稳定性好【2h的脉冲测试中电流始终保持稳定】的优势，从而使其制备的传感器的检测极限低。同时，将氮杂冠醚材料和碱金属离子之间的络合作用与有机电化学晶体管器件相结合，通过络合作用提供本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种呋喃类稠合衍生物，其特征在于，所述呋喃类稠合衍生物的结构式如下所示：
2.根据权利要求1所述的一种呋喃类稠合衍生物，其特征在于，所述呋喃类稠合衍生物的结构式如下所示：
3.权利要求1或2所述的呋喃类稠合衍生物在钡离子检测中的应用。
4.一种基于有机电化学晶体管的钡离子传感器，其特征在于，所述钡离子传感器包括衬底、栅电极、源极、漏极，以及覆盖在源漏电极之间的沟道上的双层结构薄膜，所述双层结构薄膜包括由权利要求1或2所述的呋喃类稠合衍生物制成的活性层和制备在活性层上方的氮杂冠醚选择性层，所述氮杂冠醚具有以下所示的结构式：
5.根据权利要求4所述的一种基于有机电化学晶体管的钡离子传感器，其特征在于，所述钡离子传感器的检测极限为10nM。
6.权利要求4或5所述的基于有机电化学晶体管的钡离子传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求5所述的基于有机电化学晶体管的钡离子传感器的制备方法，其特征在于，所述gBNR的六氟异丙醇溶液的浓度为7-13mg/mL。
8.根据权利要求5所述的
9.根据权利要求5所述的基于有机电化学晶体管的钡离子传感器的制备方法，其特征在于，双层结构薄膜均采用旋涂工艺进行，且都采用450-600rpm运行4-7s，再900-1200rpm运行25-45s的两段工艺。
10.根据权利要求5所述的基于有机电化学晶体管的钡离子传感器的制备方法，其特征在于，源漏电极之间的沟道的宽度为38000-40000μm，长度为16-25μm。
...【技术特征摘要】
1.一种呋喃类稠合衍生物，其特征在于，所述呋喃类稠合衍生物的结构式如下所示：
2.根据权利要求1所述的一种呋喃类稠合衍生物，其特征在于，所述呋喃类稠合衍生物的结构式如下所示：
3.权利要求1或2所述的呋喃类稠合衍生物在钡离子检测中的应用。
4.一种基于有机电化学晶体管的钡离子传感器，其特征在于，所述钡离子传感器包括衬底、栅电极、源极、漏极，以及覆盖在源漏电极之间的沟道上的双层结构薄膜，所述双层结构薄膜包括由权利要求1或2所述的呋喃类稠合衍生物制成的活性层和制备在活性层上方的氮杂冠醚选择性层，所述氮杂冠醚具有以下所示的结构式：
5.根据权利要求4所述的一种基于有机电化学晶体管的钡离子传感器，其特征在于，所述钡离子传感器的检测极限为10nm。
6.权利要求4或5所述的基于有机电化学晶...
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