專利名稱：一種苝酰亞胺衍生物微米線及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有機(jī)電阻式氣敏傳感器，尤其適用水合肼氣氛的高效快捷檢測。
背景技術(shù)：
近年來，隨著工業(yè)生產(chǎn)不斷發(fā)展、人們生活水平日益提高，環(huán)境問題也日益突出?？扇?xì)怏w燃燒和有毒氣體泄漏事件時(shí)有報(bào)道，環(huán)境質(zhì)量和大眾健康問題已引起社會的廣泛關(guān)注。鑒于此，研制和開發(fā)性能優(yōu)異的氣敏傳感器已成為相關(guān)科研人員的首要任務(wù)。特別是近些年來，納米材料和技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，極大地推進(jìn)了新型氣敏傳感器的制備和應(yīng)用發(fā)展。目前已開發(fā)出的具有納米結(jié)構(gòu)的氣敏傳感器可用于檢測多種氣體，如CO、H2及天然氣等可燃性氣體，以及H2S、NOx, NH3和碳?xì)浠衔锏扔卸練怏w，廣泛用于工業(yè)監(jiān)控、氣象監(jiān)測、室內(nèi)外空氣質(zhì)量監(jiān)控以及醫(yī)療等多個(gè)領(lǐng)域。然而，直到目前為止，有關(guān)氣敏傳感器的研究主要集中于無機(jī)納米結(jié)構(gòu)材料，有機(jī)納米結(jié)構(gòu)材料在氣敏傳感器上的應(yīng)用研究依然比較滯后，而有機(jī)納米結(jié)構(gòu)傳感器由于具有操作溫 度低、功耗小、成本低、制備方法簡便及與微電子產(chǎn)業(yè)良好匹配等優(yōu)點(diǎn)近些年受到了越來越多的關(guān)注。茈酰亞胺衍生物作為一類η型有機(jī)半導(dǎo)體，由于其具有缺電子的結(jié)構(gòu)特征，因此對給電子的胺類氣體較為敏感，可以用來制備檢測該類氣體的氣敏傳感器。盡管近些年來茈酰亞胺衍生物氣敏傳感器研究已取得長足發(fā)展，但其性能研究依然存在著如下不足:1)目前研究工作主要集中于依靠其光學(xué)性質(zhì)變化的熒光型氣敏傳感器，而基于其半導(dǎo)體性質(zhì)的電阻式氣敏傳感器研究相對滯后，這不利于其微型化發(fā)展，更不利于氣體高效快捷檢測；2)氣敏靈敏度較低，限制了其在實(shí)際生活中的應(yīng)用；3)用于氣敏傳感器研究的茈酰亞胺衍生物分子設(shè)計(jì)缺乏系統(tǒng)性，分子結(jié)構(gòu)與其傳感性能的關(guān)系也未得到闡述。因此，進(jìn)一步發(fā)展具有較高靈敏度的茈酰亞胺衍生物電阻式氣敏傳感器，并揭示茈酰亞胺衍生物分子結(jié)構(gòu)與傳感性能的關(guān)系已成為其氣敏傳感性能研究過程中亟待解決的問題之一。茈酰亞胺衍生物制備手段的快速涌現(xiàn)為其電阻式氣敏傳感器的發(fā)展提供了新的動力，結(jié)合先進(jìn)的微加工技術(shù)，許多基于茈酰亞胺衍生物維納結(jié)構(gòu)的電阻式氣敏傳感器得到廣泛應(yīng)用。而茈酰亞胺衍生物氣敏傳感器構(gòu)效關(guān)系的揭示，進(jìn)一步豐富其制備理論，必將進(jìn)一步推動茈酰亞胺衍生物電阻式氣敏傳感器的快速發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對有毒有害氣體高效快捷檢測，提供一種茈酰亞胺衍生物電阻式氣敏傳感器。本發(fā)明將三種茈酰亞胺衍生物單根微米線或納米線制作成氣敏傳感器，當(dāng)其置于10 ppm水合肼氣體中，氣體分子將與茈酰亞胺衍生物發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致氣敏傳感器電阻在3-5秒內(nèi)發(fā)生2-3數(shù)量級的變化，實(shí)現(xiàn)對特定氣體的檢測，并結(jié)合茈酰亞胺衍生物分子結(jié)構(gòu)的改變，實(shí)現(xiàn)對其電阻式氣敏傳感器靈敏度的調(diào)控。


圖1為 PTCD1-CN2Ciq 核磁譜圖。圖2為 PTCD1-CI4Ciq 核磁譜圖。圖3為PTCD1-CN2Ciq氣敏傳感器的SEM圖。圖4為PTCD1-CI4Ciq氣敏傳感器的SEM圖。圖5為PT⑶1-CN2Cltl氣敏傳感器的電阻隨時(shí)間變化圖。圖6為PT⑶1-Cl4Cltl氣敏傳感器的電阻隨時(shí)間變化圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1:
所述茈酰亞胺衍生物的制備方法:
DN, 雙(3，7-二甲基辛基)茈-1,7-二溴-3，4:9，10-茈二酰亞胺(0.50 g,0.6mmol)與0.81 g氫化亞銅溶入25 mL N, f - 二甲基甲酰胺,氮?dú)獗Ｗo(hù)下于150 °C攪拌6小時(shí)，隨后加入150 mL水，攪拌過夜，抽濾，干燥，硅膠柱分離(洗脫劑為氯仿)得0.35 gN，m (3，7-二甲基辛基)茈-1,7-二氰基-3，4:9，10-茈二酰亞胺(PTCD1-CN2Cici),產(chǎn)率 81.2%。1H NMR (CDCl3): δ 9.70 (d, / = 8.0 Hz, 2H)，8.98 (s, 2H)，8.94 (d, J= 8.0 Hz, 2H), 4.27 (t, J =10.8 Hz, 4H)，1.56-0.86 (m, 38H).MALD1-MS: 720.9(calcd.721.9).Anal.Calcd for C46H48N4O4: C，76.64; H, 6.71; N, 7.77; Found: C,75.85; Η, 6.72; N, 8.12.2)1，6，7，10-四氯-3，4，9，10-茈四羧酸二酐(0.60 g，1.14 mmol)與 2.0 g 碳酸鉀，2.4 g碘化鉀溶入25 mL 甲基吡咯烷酮，氮?dú)獗Ｗo(hù)下于80 °C攪拌I小時(shí)，加入1-溴-3，7-二甲基辛烷(0.796 g, 3.60 mmol)，繼續(xù)反應(yīng)2小時(shí)后，冷卻至室溫，隨后加入300 mL鹽酸(2 M )和甲醇的混合溶劑(體積比為1:3 )，攪拌過夜，抽濾，干燥，硅膠柱分離(洗脫劑為氯仿)得0.68 g Nf Λ/'-雙(3，7-二甲基辛基)茈-1，6，7，10-四氯-3，4，9，10-茈二酰亞胺(PTCD1-Cl4C10),產(chǎn)率73.9%。屮 NMR (CDCl3): δ 8.61 (s, 4H),
4.27 (t, / = 8.0 Hz, 4H), 1.50-0.88 (m, 38H).MALD1-MS: 808.7 (calcd.808.6).Anal.Calcd for C44H46Cl4N2O4: C，65.35; H, 5.73; N, 3.46; Found: C, 65.12; Η,
5.25; N, 3.73.實(shí)施例2:
基于上述茈酰亞胺衍生物的微米和納米線的制備方法:
I)將0.3 mL PTCD1-CN2Ciq的氯仿溶液(I mg.mL—1)轉(zhuǎn)移至容量為10 mL的稱量瓶中，隨后加入0.9 mL氯仿和1.8 mL甲醇，振蕩10分鐘后靜置24小時(shí)后，得棕紅色沉淀，經(jīng)掃描電鏡表征為直徑0.4_2 μ m微米線。2)將0.4 mL PTCD1-CI4Ciq的氯仿溶液(I mg.mL—1)轉(zhuǎn)移至容量為10 mL的稱量瓶中，隨后加入0.1 mL氯仿和3.0 mL甲醇，振蕩10分鐘后靜置12小時(shí)后，得棕紅色沉淀，經(jīng)掃描電鏡表征為直徑1_3 μ m微米線。實(shí)施例3: 基于上述茈酰亞胺衍生物的微米和納米線的應(yīng)用:
I)將PT⑶1-CN2Cltl微米線分散于甲醇中，滴涂于沉積有二氧化硅的硅片上，待溶劑在空氣中揮發(fā)干燥后，選擇2-3 Mm微米線作為掩膜,于5 X I(T5 Torr真空體系中，以0.5 A/s速度沉積約為50 nm金層，隨后將掩膜去除，獲得PTCD1-CN2Cltl氣敏傳感器的檢測電極。將制作完成后的檢測電極放入體積約為2 L的密閉真空金屬腔中，該體系與真空泵直接相連，待該真空體系壓力降至10_4 Pa時(shí)，將電極與Keithley 4200-SCS電學(xué)檢測系統(tǒng)連接，記錄真空體系的PT⑶1-CN2Cltl的電阻(Rtl),隨后通過微量注射器將2 μ 的水合肼注入腔體，記錄PT⑶1-CN2Cltl的電阻(R)隨時(shí)間的變化曲線，進(jìn)一步通過分析R/&隨時(shí)間變化曲線，得到PTCD1-CN2Cltl氣敏傳感器在水合肼氣氛下的靈敏度。2)將PT⑶1-Cl4Cltl微米線分散于甲醇中，滴涂于沉積有二氧化硅的硅片上，待溶劑在空氣中揮發(fā)干燥后，選擇1-2 Mm微米線作為掩膜，于5 X10_5 Torr真空體系中，以
0.5 A/s速度沉積約為50 nm金層，隨后將掩膜去除，獲得PT⑶1-Cl4Cltl氣敏傳感器的檢測電極。將制作完成后的檢測電極放入體積約為2 L的密閉真空金屬腔中，該體系與真空泵直接相連，待該真空體系壓力降至10_4 Pa時(shí)，將電極與Keithley 4200-SCS電學(xué)檢測系統(tǒng)連接，記錄真空體系的PT⑶1-Cl4Cltl的電阻(Rtl),隨后通過微量注射器將2 μ 的水合肼注入腔體，記錄PT⑶1-Cl4Cltl的電阻(R)隨時(shí)間的變化曲線，進(jìn)一步通過分析R/ R0隨時(shí)間變化曲線，得到PTCD1-Cl4Cltl氣敏傳感器在水合肼氣氛下的靈敏度。本發(fā)明不但實(shí)現(xiàn)了低濃度水合肼氣體的高效快捷檢測，而且通過分子結(jié)構(gòu)的改變實(shí)現(xiàn)了對傳感器靈敏的調(diào)控，且結(jié)構(gòu)簡單、體積小、便于攜帶，在胺類氣體檢測中具有廣泛的應(yīng)用前景。雖然本發(fā)明以數(shù)個(gè)較佳實(shí)施例揭示如上，但其并非用于限制本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍 內(nèi)，當(dāng)可做任意改動或等同替換，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以隨附的權(quán)利要求所界定的保護(hù)范為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種茈灣含有不同取代基的茈酰亞胺衍生物，其特征在于茈酰亞胺衍生物為結(jié)構(gòu)通式表示如下的化合物。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述茈酰亞胺衍生物制備的微米線和納米線，其特征在于以相應(yīng)的茈酰亞胺衍生物為原料，通過稀溶液沉淀結(jié)晶法在氯仿和甲醇混合溶液中制得，其制備過程如下:將體積為0.3-0.4 mL、摩爾濃度為I mg.mL—1的茈酰亞胺衍生物的氯仿溶液轉(zhuǎn)移至容量為10 mL的稱量瓶中，隨后加入0.1-0.9 mL氯仿和1.8-3.0 mL甲醇，振蕩10分鐘后靜置24小時(shí)，得相應(yīng)茈酰亞胺衍生物的微米線和納米線。
3.—種如權(quán)利要求2所述茈酰亞胺衍生物的微米線和納米線的應(yīng)用，其特征是，作為氣敏傳感器實(shí)現(xiàn)水合肼氣氛的檢測 。
全文摘要
本發(fā)明提供了兩種苝灣含有不同取代基的苝酰亞胺衍生物電阻式氣敏傳感器及其制備方法。該器件中，構(gòu)成源區(qū)和漏區(qū)的材料均為單質(zhì)金;構(gòu)成溝道區(qū)材料為兩種苝酰亞胺衍生物的單根微米線或納米線；構(gòu)成柵介質(zhì)層的材料為硅和二氧化硅。本發(fā)明提供的兩種苝酰亞胺衍生物氣敏傳感器在水合肼氣氛下均具有較高靈敏度，其靈敏度的變化與分子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是一方面可以實(shí)現(xiàn)水合肼氣氛的高效快捷檢測，另一方面結(jié)構(gòu)簡單、體積小、便于攜帶，在胺類氣體檢測中具有廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號C07D471/06GK103204853SQ20131008605
公開日2013年7月17日 申請日期2013年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月18日
發(fā)明者黃永偉, 李春麗, 王俊超, 張衛(wèi)光, 李慧 申請人:河南大學(xué)