酞菁铜LB膜的制备及特性
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Ｏ)4ＣｕＰｃ)作为成膜材料,制备了不同层数的(ｉＰ行ｒ了Ｏ研)究4Ｃ,为ｕ今Ｐ后ｃＬＬＢＢ膜膜气,并体对传其感Ｎ器Ｏ的2实的用气化敏奠特定性了进 基础。
实验方法
• LB膜工艺 • LB膜分析 • 气敏特性测试方法
LB膜工艺
• 采用自制的ＭＣ-1型半自动ＬＢ拉膜机,制备了不同
层数的(ｉ-ＰｒＯ)4ＣｕＰｃＬＢ膜。
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5×103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Ｎ Ｏ2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。
• ＮＯ2气体的敏感特性
曲线(25℃)实验发现 (ｉ-ＰｒＯ)4ＣｕＰｃ ＬＢ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。
不同层数的(ｉ-ＰｒＯ)4ＣｕＰｃ ＬＢ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。
室温下15层(ｉ-ＰｒＯ)4ＣｕＰｃＬＢ膜对 不同浓度ＮＯ2气体的响应特性曲线
• 高温下对气体的
响应变差并且气 敏膜的敏感特性 也明显降低
研究意义
• 近年来,ＬＢ膜在气体传感器方面的应用引起了人们
的极大关注。因为使用ＬＢ膜制作的气敏元件,吸附 气体的速度快,选择性强,并且能在常温下工作,且元 件的重复一致性好,便于向微型化,集成化方向发展。
• 同时由于酞菁是一类对气体具有敏感特性的有机半
导体材料,具有良好的热稳定性和化学稳定性。
• 本文选用了一种可溶性的对称取代酞菁铜((ｉ-Ｐｒ
(ｉ-ＰｒＯ)4ＣｕＰｃＬＢ膜的 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-Ｐ ｒＯ)4ＣｕＰｃ到基片 上的量几乎相等,转移 比接近1。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
室温下1,3,5,7,9层(ｉ-ＰｒＯ)4ＣｕＰｃ ＬＢ膜对ＮＯ2气体的敏感特性曲线
• 将(ｉ-ＰｒＯ)4ＣｕＰｃ溶于氯仿,配成浓度为10-4ｍ
ｏｌ/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。
不同温度下敏感特性曲线
• 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。
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,对电阻的测量较 为困难。为了提高导电性,将 1Ｂ5膜层进(ｉ行-Ｐ碘ｒ化Ｏ处)理4Ｃ,发ｕ现Ｐ处ｃ理Ｌ 前后电导率相差5个数量级。
(ｉ-ＰｒＯ)4ＣｕＰｃＬＢ膜在 亚相液面上的σ-Ａ曲线
• 在挡板压缩前,表面张力为
0ｍＮ/ｍ,随着压缩的进行, 膜压逐渐升高,将σ-Ａ曲线 的明显上升部分外推至零 表面压,得到每个(ｉ-Ｐｒ Ｏ)4ＣｕＰｃ分子占有面 积约为0.702ｎｍ2。随着 表面张力的增加,膜面积不 断减小,直至崩溃,此时的 表面张力大约为33.5ｍＮ/ ｍ。
• 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Ｎ Ｏ2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
面配位体,其平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。
实验方法
• LB膜工艺 • LB膜分析 • 气敏特性测试方法
LB膜工艺
• 采用自制的ＭＣ-1型半自动ＬＢ拉膜机,制备了不同
层数的(ｉ-ＰｒＯ)4ＣｕＰｃＬＢ膜。
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5×103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Ｎ Ｏ2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。
• ＮＯ2气体的敏感特性
曲线(25℃)实验发现 (ｉ-ＰｒＯ)4ＣｕＰｃ ＬＢ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。
不同层数的(ｉ-ＰｒＯ)4ＣｕＰｃ ＬＢ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。
室温下15层(ｉ-ＰｒＯ)4ＣｕＰｃＬＢ膜对 不同浓度ＮＯ2气体的响应特性曲线
• 高温下对气体的
响应变差并且气 敏膜的敏感特性 也明显降低
研究意义
• 近年来,ＬＢ膜在气体传感器方面的应用引起了人们
的极大关注。因为使用ＬＢ膜制作的气敏元件,吸附 气体的速度快,选择性强,并且能在常温下工作,且元 件的重复一致性好,便于向微型化,集成化方向发展。
• 同时由于酞菁是一类对气体具有敏感特性的有机半
导体材料,具有良好的热稳定性和化学稳定性。
• 本文选用了一种可溶性的对称取代酞菁铜((ｉ-Ｐｒ
(ｉ-ＰｒＯ)4ＣｕＰｃＬＢ膜的 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-Ｐ ｒＯ)4ＣｕＰｃ到基片 上的量几乎相等,转移 比接近1。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
室温下1,3,5,7,9层(ｉ-ＰｒＯ)4ＣｕＰｃ ＬＢ膜对ＮＯ2气体的敏感特性曲线
• 将(ｉ-ＰｒＯ)4ＣｕＰｃ溶于氯仿,配成浓度为10-4ｍ
ｏｌ/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。
不同温度下敏感特性曲线
• 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。
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,对电阻的测量较 为困难。为了提高导电性,将 1Ｂ5膜层进(ｉ行-Ｐ碘ｒ化Ｏ处)理4Ｃ,发ｕ现Ｐ处ｃ理Ｌ 前后电导率相差5个数量级。
(ｉ-ＰｒＯ)4ＣｕＰｃＬＢ膜在 亚相液面上的σ-Ａ曲线
• 在挡板压缩前,表面张力为
0ｍＮ/ｍ,随着压缩的进行, 膜压逐渐升高,将σ-Ａ曲线 的明显上升部分外推至零 表面压,得到每个(ｉ-Ｐｒ Ｏ)4ＣｕＰｃ分子占有面 积约为0.702ｎｍ2。随着 表面张力的增加,膜面积不 断减小,直至崩溃,此时的 表面张力大约为33.5ｍＮ/ ｍ。
• 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Ｎ Ｏ2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
面配位体,其平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。