基于不对称蒽类衍生物OFETs的研究及OFETs在农药检测中的应用
发布时间：2021-10-26 22:48
有机半导体作为有机分子,其结构中往往具有较多的活性位点或基团,这使其在基础研究和应用研究方面都具有独特的优势。在基础研究方面,活性位点或基团使有机半导体结构多种多样。但是由于合成过程易于控制,大多数高性能有机半导体都是基于对称共轭结构,对不对称共轭分子的研究却相对滞后。这种情况同样存在于蒽的衍生物中,其不对称结构的衍生物的数量和性质都远不及对称结构。通过对有机半导体中对称结构和不对称结构的对比研究,有助于理解载流子传输机理,指导高性能有机半导体的合成。在应用研究方面,有机半导体官能团多,导致与其它有机分子相互作用多,可应用于化学传感器。基于OFETs的传感器具有机械柔韧性,生物相容性,低温溶液处理和质量轻的优点,使其成为实现实时实地检测的理想选择。有机磷农药过度使用对生态环境和人类健康构成了严重威胁。传统的农药检测方法主要基于具有较高的灵敏度和选择性的色谱和质谱技术。然而,由于需要大型,昂贵的仪器以及复杂的样品制备过程,因此无法实现快速、实时、高效的检测。基于以上背景,本文以小分子有机半导体材料构建的有机场效应晶体管为基础,进行了有机小分子半导体在基础性能和应用两个方面的研究,具体如下...
【文章来源】：山东农业大学山东省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
有机场效应晶体管的构型Fig.1Structureoftheorganicfield-effecttransistors
基于不对称蒽类衍生物的OFETs及OFETs在农药检测中的应用41.1.2OFETs的工作原理和基本参数1.1.2.1工作原理向栅极加上一定的栅极电压VG后在周围形成一定强度的电场，在电场下有机半导体中感应出相应的载流子（电子或者空穴）并且载流子向半导体和绝缘层接触的界面聚集。在源漏电极加上一定的电压后，载流子在有机半导体中定向流动形成电流ISD，导电沟道开启，器件开始工作。通过调节栅极电压的大小可以控制有机半导体中感应出的载流子数量，从而影响沟道中载流子密度，调节电流大校这种工作特点就类似水路管道中的阀门，拧松和拧紧阀门可以控制管道中水流的大小，这个过程就近似于增大或减小栅极电压来调节导电沟道中的电流大校图2(a)OFETs中的载流子传输和(b)阀门。Fig.2(a)CarriertransportinOFETsand(b)valves.1.1.2.2基本参数场效应迁移率、阈值电压、电流开关比和亚阈值斜率是评价有机场效应晶体管性能的几个基本参数(Horowitz,1998)。场效应迁移率（）是指单位电场下载流子在有机半导体中的迁移速度，其决定了器件的开关速度。器件饱和区的迁移率的计算公式为：=2(√)2L和W分别为导电沟道的长和宽，Ci为绝缘层的电容。迁移率的大小直接影响
山东农业大学硕士学位论文9体检测，例如氨气、二氧化硫、二氧化氮等，并且表现出优异的传感能力(Lietal.,2020;Pengetal.,2017)。图3(a)OFETs的结构示意图和(b)基于单晶和薄膜的OFETs传感器灵敏度对比。Fig.3(a)SchematicillustrationofOFETsand(b)SensitivitycomparisonofOFETssensorbasedonsinglecrystalandthinfilm.SeohyunMun等人(Munetal.,2017)报道了一种高灵敏度的OFETs氨气传感器（图3），其检测范围为0.01ppm至25ppm。该传感器是利用聚（3-己基噻吩）（P3HT）的单晶纳米线阵列作为有机半导体层，单晶P3HT纳米线OFET的电学特性（场效应迁移率，开关比）比P3HT薄膜OFETs的高大约2个数量级。P3HT纳米线OFET对氨具有极好的灵敏度，在25ppm氨气氛围下其响应度比P3HT薄膜OFET高约3倍。当相对湿度从45%变为100%时，OFETs氨气传感器保持了良好的稳定性。他们认为P3HT纳米线OFET对氨气的高灵敏度是由于使用的P3HT单晶纳米线的具有高的体表面积，与氨气的接触面积大。Chi等(Wangetal.,2017)报道了一种超灵敏的基于6,13-二（三异丙基硅基）并五苯（TIPS-petacene）的OFETs二氧化氮传感器（图4）。传感器的灵敏度超过1000%/ppm，并且具有快速的响应和回复速度，检测限为20ppb。通过对有机薄膜的形貌和电学性能的综合分析发现基于较薄的半导体层的器件具有更好的传感性能。对传感器的检测机理进行了详细研究表明超高检测性能与薄膜的电荷输运能力有很大关系，有效的电荷输运和低初始载流子浓度是有机半导体气体传
【参考文献】：
期刊论文
[1]Monolayer organic field-effect transistors[J]. Jie Liu,Lang Jiang,Wenping Hu,Yunqi Liu,Daoben Zhu. Science China（Chemistry）. 2019(03)
[2]A new asymmetric anthracene derivative with high mobility[J]. Xixia Yu,Lei Zheng,Jinfeng Li,Lu Wang,Jiangli Han,Huayi Chen,Xiaotao Zhang,Wenping Hu. Science China（Chemistry）. 2019(02)
本文编号：3460342
【文章来源】：山东农业大学山东省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
有机场效应晶体管的构型Fig.1Structureoftheorganicfield-effecttransistors
基于不对称蒽类衍生物的OFETs及OFETs在农药检测中的应用41.1.2OFETs的工作原理和基本参数1.1.2.1工作原理向栅极加上一定的栅极电压VG后在周围形成一定强度的电场，在电场下有机半导体中感应出相应的载流子（电子或者空穴）并且载流子向半导体和绝缘层接触的界面聚集。在源漏电极加上一定的电压后，载流子在有机半导体中定向流动形成电流ISD，导电沟道开启，器件开始工作。通过调节栅极电压的大小可以控制有机半导体中感应出的载流子数量，从而影响沟道中载流子密度，调节电流大校这种工作特点就类似水路管道中的阀门，拧松和拧紧阀门可以控制管道中水流的大小，这个过程就近似于增大或减小栅极电压来调节导电沟道中的电流大校图2(a)OFETs中的载流子传输和(b)阀门。Fig.2(a)CarriertransportinOFETsand(b)valves.1.1.2.2基本参数场效应迁移率、阈值电压、电流开关比和亚阈值斜率是评价有机场效应晶体管性能的几个基本参数(Horowitz,1998)。场效应迁移率（）是指单位电场下载流子在有机半导体中的迁移速度，其决定了器件的开关速度。器件饱和区的迁移率的计算公式为：=2(√)2L和W分别为导电沟道的长和宽，Ci为绝缘层的电容。迁移率的大小直接影响
山东农业大学硕士学位论文9体检测，例如氨气、二氧化硫、二氧化氮等，并且表现出优异的传感能力(Lietal.,2020;Pengetal.,2017)。图3(a)OFETs的结构示意图和(b)基于单晶和薄膜的OFETs传感器灵敏度对比。Fig.3(a)SchematicillustrationofOFETsand(b)SensitivitycomparisonofOFETssensorbasedonsinglecrystalandthinfilm.SeohyunMun等人(Munetal.,2017)报道了一种高灵敏度的OFETs氨气传感器（图3），其检测范围为0.01ppm至25ppm。该传感器是利用聚（3-己基噻吩）（P3HT）的单晶纳米线阵列作为有机半导体层，单晶P3HT纳米线OFET的电学特性（场效应迁移率，开关比）比P3HT薄膜OFETs的高大约2个数量级。P3HT纳米线OFET对氨具有极好的灵敏度，在25ppm氨气氛围下其响应度比P3HT薄膜OFET高约3倍。当相对湿度从45%变为100%时，OFETs氨气传感器保持了良好的稳定性。他们认为P3HT纳米线OFET对氨气的高灵敏度是由于使用的P3HT单晶纳米线的具有高的体表面积，与氨气的接触面积大。Chi等(Wangetal.,2017)报道了一种超灵敏的基于6,13-二（三异丙基硅基）并五苯（TIPS-petacene）的OFETs二氧化氮传感器（图4）。传感器的灵敏度超过1000%/ppm，并且具有快速的响应和回复速度，检测限为20ppb。通过对有机薄膜的形貌和电学性能的综合分析发现基于较薄的半导体层的器件具有更好的传感性能。对传感器的检测机理进行了详细研究表明超高检测性能与薄膜的电荷输运能力有很大关系，有效的电荷输运和低初始载流子浓度是有机半导体气体传
【参考文献】：
期刊论文
[1]Monolayer organic field-effect transistors[J]. Jie Liu,Lang Jiang,Wenping Hu,Yunqi Liu,Daoben Zhu. Science China（Chemistry）. 2019(03)
[2]A new asymmetric anthracene derivative with high mobility[J]. Xixia Yu,Lei Zheng,Jinfeng Li,Lu Wang,Jiangli Han,Huayi Chen,Xiaotao Zhang,Wenping Hu. Science China（Chemistry）. 2019(02)
本文编号：3460342
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxue/3460342.html
教材专著
