有机传感器材料之三——有机化学敏元件材料介绍

传感网络 20190809

有机湿敏材料大部分是髙分子材料，可分为三类：髙分子电解质、髙分子电介质及有机-无机复合材料。

　　1.气敏元件

　　气敏材料的功能为：①随着气体分子的吸附和脱附，表面电导率或体电导率发生变化；②在P型或N型有机半导体结中有二极管特性变化；③与气体分子的热反应引起电导率变化；④伴随气体分子的吸附和脱附，光学特性变化；⑤伴随气体分子的吸附和脱附，重量发生微小变化。显然，若这些变化仅对特定分子有选择性地发生，则达到气敏元件的选择性并不困难。但是，在实际使用场合，共存气体分子的影响能忽略的情况并不多，故提高选择性是重要课题。

　　下表列出了利用有机材料制作的气敏元件，其中多数是利用吸附和脱附气体时电导率发生的变化。为了使吸附气体容易脱附，从而使电导率变化可逆，应使气敏元件在较高的温度工作，因此需要开发耐热性和稳定性好的有机半导体材料。

　　表有机材料的气敏元件

　　2.湿敏元件

　　有机湿敏材料大部分是髙分子材料，可分为三类：髙分子电解质、髙分子电介质及有机-无机复合材料。当受潮时，这些材料的电导率、介电常数和质量等均会发生变化，利用材料的这些特性可构成湿敏元件。下表列出利用有机材料研制的湿敏元件，显然，要使这些元件达到实用阶段，必须在材料研究上多下功夫。

　　表有机材料的湿敏元件

　　3.离子敏元件

　　根据所用的离子敏感材料，离子敏元件可分为两类：

　　①无机系离子感应膜电极。这类电极包括难溶性盐固体膜电极和玻璃膜电极。

　　②有机系离子感应膜电极。这类电极包括液状离子交换膜电极和中性载流子液膜电极。离子敏元件在电解液中的电位受电化学平衡支配，其电位

　　式中，E₀——标准电极电位（V）；R——气体常数（8.314J/℃• mol）；T——绝对温度（K）；Z——离子数；F——法拉第常数（96 500 C）；a_i、a_j——分别表示电解液中两种离子的活动度；K_ij——离子相对于i离子的选择系数。

　　对i离子选择性足够髙的电极

　　若活动度变化一个数量级，则电位变化可高达几十毫伏。

　　20世纪60年代后半期，人们对比离子选择性优良的中性载流子进行研究，其代表是缬氨霉素、四无活（性）菌素等抗生物或冠状化合物等大环状化合物。缬氨霉素掺人PVC膜中的敏感膜可用作选择性优良的钾离子电极。下图示出了主要中性载流子。现已合成了数量庞大的中性载流子，但达到实用的并不多，故材料仍是重要的研究领域。