第五章有机敏感材料精要.ppt

LB膜槽示意图 LB膜成膜过程 * 1N=105dyn 1mN/m=1dyn/cm * * LB 膜工艺 采用ＭＣ-1型半自动ＬＢ拉膜机，制备了不同层数的(ｉ-ＰｒＯ)4ＣｕＰｃＬＢ膜。 将(ｉ-ＰｒＯ)4ＣｕＰｃ溶于氯仿，配成浓度为10-4ｍｏｌ/Ｌ的溶液。 在Ｌａｎｇｍｉｕｒ拉膜槽中，以去离水作为亚相溶液，用微量注射器将溶液滴加到洁净的水面上，待溶剂完全挥发，压缩挡板，控制压缩速度为 0.24ｍｍ/ｍｉｎ，同时检测膜压。在表面张力为 28.5ｍＮ/ｍ时，分别于带有叉指电极的Ｓｉ基片（电极间距为 20μｍ）和石英基片上沉积不同层数的ＬＢ膜。ＬＢ膜的沉积参数为:ｐＨ=8.2；提拉速度 1ｍｍ/ｍｉｎ；亚相温度 20℃；沉积方式为Ｚ型。 LB膜分析 采用ＵＶ1100紫外－可见（ＵＶ-Ｖｉｓ）分光光度计测量不同层数的 （ｉ-ＰｒＯ）4ＣｕＰｃ ＬＢ膜的吸收光谱。 气敏特性测试方法 将一定量的Ｐｂ(ＮＯ3)2固体粉末置于装有冷凝管的1000ｍｌ的烧瓶中加热完全分解，得到浓度为 5×10-3的ＮＯ2气体。再用注射器吸取 1～10ｍｌ的该浓度气体注入 500ｍｌ的测试瓶中，得到浓度为 10-5～10-4 的 ＮＯ2气体。 将不同层数的ＬＢ膜片放入不同浓度的气体中，分别测量其电阻的相对变化。对ＬＢ膜进行升温和碘化处理，分别测量不同层数的ＬＢ膜对ＮＯ2气体的敏感特性。同时还对处理前后ＬＢ膜的电阻变化进行了研究。 ＵＶ-Ｖｉｓ吸光度随沉积层数的变化图谱 随层数增加，吸收率接近线性增加，根据“布格－朗伯”定律，说明随着沉积层数的增加，薄膜的厚度基本线性增加，即每次转移（ｉ-ＰｒＯ）4ＣｕＰｃ到基片上的量几乎相等，转移比接近 1 。 不同层数的(ｉ-ＰｒＯ)4ＣｕＰｃＬＢ膜的UV -Ｖｉｓ谱图 室温下1,3,5,7,9层（ｉ-ＰｒＯ）4ＣｕＰｃＬＢ膜对ＮＯ2气体的敏感特性曲线 由ＮＯ2气体的敏感特性曲线（ 25 ℃）可知：（ｉ-ＰｒＯ）4ＣｕＰｃＬＢ膜对ＮＯ2具有较好的敏感特性。随着ＬＢ膜层数的增加，电阻的相对变化量增大，但响应速度减慢。 不同层数年的(ｉ-ＰｒＯ)4ＣｕＰｃＬＢ膜对NO2的敏感特性（25 ℃ ） 不同层数的（ｉ-ＰｒＯ）4ＣｕＰｃＬＢ膜 对ＮＯ2气体的敏感特性曲线（ 25 ℃ ） 膜层越薄，气体越易吸附于其上，响应越快。 随拉膜次数的增加，膜的有序结构将受到环境温度、提膜速度等因素的影响，ＬＢ膜中的分子排列在一定程度上将受到破坏，这相当于在敏感层中增加了一层阻挡层，从而导致响应时间的增长。 不同温度下敏感特性曲线 高温下气敏膜的敏感特性也明显降低，即使浓度达100×10-6电阻仍然变化不大。 这是由于ＬＢ膜一般为物理吸附，热稳定性较差，高温下膜层遭到破坏而导致敏感性下降。 室温工作；环境影响 碘化处理效果 酞菁铜是一种ｐ-型半导体，一般电阻较大。当其ＬＢ膜层数超过15层时，对电阻的测量较为困难。为了提高导电性，将15层（ｉ-ＰｒＯ）4ＣｕＰｃＬＢ膜进行碘化处理，发现处理前后电导率相差 5 个数量级。 碘化后，碘以Ｉ3-的形式存在于酞菁分子的柱状结构之间的通道中，将酞菁分子部分氧化，电导率提高。此时通入 ＮＯ2等氧化性气体，其获得酞菁环中π电子的能力减弱，因而对ＮＯ2的敏感性降低。 结果：电导率提高，但敏 感特性变差 敏感机理分析 由于酞菁是一种 18π电子系的大环共轭平面配位，面相互重叠而形成一维结构，因分子间π轨道的重叠所形成的一维导电柱而发挥电子（空穴）传递的作用。 当吸附氧化性气体时，被吸附的气体分子接受酞菁环上的π电子并在其上形成空穴。由于空穴浓度的增加而使电导增加。当敏感膜接触气体时，电阻将发生变化，因而可以由此检测其气敏特性。 补充讲座1：紫外-可见分光光度分析法基本原理 一、概述 二、紫外可见吸收光谱 三、分子吸收光谱与电子跃迁 四、光的吸收定律 光是一种电磁波，具有波粒二象性。光的波动性可用波长?、频率?、光速c、波数（cm-1）等参数来描述： ? ? = c ； 波数 = 1/ ? = ? /c 光是由光子流组成，光子的能量： E = h ? = h c / ? （Planck常数：h=6.626 × 10 -34 J × S ) 光的波长越短（频率越高），其能量越大。 白光(太阳光)：由各种单色光组成的复合光 单色光：单波长的光(由具有相同能量的光子组成) 可见光区：400-750 nm 紫外光区