新型高选择性OFET气体传感器

基于有机场效应晶体管(OFET)质量轻、材料来源广泛、成本低和可溶液法加工等优点,OFET的制备与功能研究引起了国际上的广泛关注。在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的大力支持下,中国科学院化学所有机固体重点实验室的科研人员在OFET多功能应用研究方面取得重要进展。

多功能器件的制备与性能研究是OFET最为重要的发展方向之一(Adv. Mater. 2013, 25, 313),而OFET气相传感器的研究是多功能OTFT的研究热点,并显示出了巨大的应用前景。化学所的科研人员与其它课题组此前报道了多种OFET气体传感器,但已报道的OFET气体传感器大多都是利用被检测气体和半导体层之间的非共价相互作用来影响载流子的密度或输运特性,从而引起器件性能的变化并实现气体浓度检测。上述非共价键作用机制通常导致传感器的选择性不够理想,成为制约OFET气体传感器进一步发展的关键问题。

针对这一问题,研究人员结合此前开发的超薄OFET制备技术(Adv. Mater. 2013, 25, 1401. 内封面),利用化学吸附作用在萘酰亚胺类n型半导体层表面引入NH3敏感探针,并结合敏感探针与检测气体的化学反应,成功实现了HCl气体的高选择性定量检测,检测限优于10 ppm,器件的响应速度、可重复性等性能指标都可与多种商业化的HCl传感器相媲美(Adv. Mater. 2014, 26, 2862)。研究人员还探索了该方法的普适性,利用p型并五苯器件实现了对NH3的特异性检测,检测限达到1 ppm。此外,研究人员还发现利用NH3作为敏感探针,实现了对常见的环境污染物NO2的有效检测,这对于环境监测具有重要的意义。

这是首次报道的利用气体作为敏感探针的OFET传感器,该类器件显示出了优异的选择性、灵敏度、稳定性、可重复使用性和响应速度。因此,利用气体作为敏感探针,在OFET器件中结合化学吸附作用与化学反应,为构筑综合性能优异的气体传感器提供了新的思路,推动了OFET气体传感器朝着实用化方向发展。