基于2,5-DPTT的有機光電晶體管及其在火焰檢測中的應用

本發明涉及羥基自由基（oh??）發射檢測，特別是涉及基于2,5-dptt的有機光電晶體管及其制備方法和在oh?發射的紫外光及火焰檢測中的應用。

背景技術：

1、氫氣(h2)、烴類氣體等含氫可燃性氣體作為現代社會主要的清潔能源，對其燃燒過程中的火焰檢測有很高的要求。根據燃燒過程的化學發光反應機理，含氫可燃性氣體的火焰輻射光譜主要包含自由基發射(ch?:?431?nm和390?nm,?oh?:?309?nm,?c2?:?516?nm,co2?:?458nm和415?nm,?ch+o2?co+oh?)和熱輻射(ir波段)產生的紫外(uv)、可見光和紅外(ir)波段。由于自然環境中來自太陽輻射的紫外線被地球臭氧層阻擋97%-99%，而到達地球表面的紫外線輻射中有98.7%是uva?(320-?400nm)，因此針對檢測uvb?(280-320?nm)波段(oh?的發射光譜范圍)的火焰探測具有很強的對環境可見光/熱輻射干擾的高抗性。因此，開發具有高靈敏度和優異光譜選擇性(約309?nm)的高靈敏度uvb光電探測器對于準確監測含氫氣體的燃燒至關重要。

2、目前，大多數紫外光電探測器是由碳化硅、氮化鎵和金剛石等具有寬禁帶的無機材料制成的。隨著柔性電子技術的迅速發展，有機半導體材料具有光學帶隙可調、吸收系數高、重量輕和固有的柔韌性等優點，成為構建柔性、便攜式高性能紫外光電探測器最有前途的候選材料之一。雖然也有一些對紫外敏感的有機半導體的報道，但它們主要集中在uva范圍內的光電響應，且在紫外-可見區具有較寬的光譜響應，這使得它們無法以高靈敏度和選擇性檢測oh?的特征輻射波長。

3、眾所周知，有機半導體的光吸收特性是由光帶隙決定的。大多數高遷移率有機半導體通常具有適中的帶隙，這導致其在紫外波段的吸收非常弱。另一方面，具有紫外吸收的寬禁帶有機半導體通常具有較弱的分子間π-π耦合，因此電荷輸運效率較低。因此，平衡有機半導體的高遷移率、紫外探測靈敏度和波段選擇性并使其應用于含氫可燃性氣體燃燒檢測是極具挑戰性的。

技術實現思路

1、本發明的目的是針對現有技術中oh?輻射檢測存在的缺陷，而提供基于2,5-dptt的有機光電晶體管。

2、本發明的另一個目的是提供所述有機光電晶體管的制備方法。

3、本發明的另一個目的是提供所述單晶有機場效應晶體管在基于oh?發射的紫外光檢測和在含氫可燃性氣體火焰檢測中的應用。

4、為實現本發明的目的所采用的技術方案是：

5、一種有機光電晶體管，所述有機光電晶體管的有源層中的單晶為2,5-dptt微納單晶；

6、2,5-dptt為2,5-二苯基噻吩并[3,2-b]噻吩，其結構式為：

7、。

8、在上述技術方案中，所述2,5-dptt通過以下步驟合成：

9、以2,5-二溴噻吩并[3,2-b]噻吩和苯硼酸為原料，四三苯基膦鈀為催化劑，在碳酸鉀的存在下，以甲苯、乙醇和水作為溶劑，利用鈀催化交叉偶聯反應合成2,5-dptt。

10、在上述技術方案中，所述有機光電晶體管為底柵頂接觸晶體管。

11、在上述技術方案中，所述底柵頂接觸晶體管包括硅片以及沉積硅片上方的2,5-dptt微納單晶，所述2,5-dptt微納單晶的頂面上左右兩側設有金電極。

12、在上述技術方案中，所述有機光電晶體管的制備方法，包括以下步驟：

13、將2,5-dptt粉末作為原料，放置于石英舟中，再將石英舟放置在管式爐的高溫區，將十八烷基三氯硅烷修飾過的硅片放置在管式爐的低溫區，所述硅片包括底層的硅襯底以及頂層的二氧化硅層，所述二氧化硅層上修飾有十八烷基三氯硅烷，使用氮氣作為載氣，持續加熱，在十八烷基三氯硅烷修飾過的硅片上獲得2,5-dptt微納單晶。

14、在上述技術方案中，所述低溫區的溫度為室溫20-30?℃，高溫區的溫度為105-110℃。

15、在上述技術方案中，載氣流速為30-50?sccm，加熱時間為120-180?min。

16、本發明的另一方面，還包括所述有機光電晶體管在基于oh?發射的紫外光檢測中的應用。

17、本發明的另一方面，還包括所述有機光電晶體管作為有機火焰紫外光電探測器在含氫可燃性氣體火焰檢測中的應用。

18、在上述技術方案中，所述有機火焰紫外光電探測器的響應時間為0.5?s。

19、本發明的另一方面，還包括2,5-dptt在基于oh?發射的紫外光檢測中的應用，其特征在于，所述2,5-dptt的結構式為：

20、。

21、與現有技術相比，本發明的有益效果是：

22、1.?本發明的2,5-二苯基噻吩并[3,2-b]噻吩平衡了電荷傳輸效率和紫外光吸收之間的內在矛盾。基于2,5-dptt微納單晶的有機光電晶體管具有較高的遷移率（0.23cm2v?1s?1）且在310?nm波長下具有較高的響應性；

23、2.?2,5-dptt?sc-ofet在310?nm波長下照射下具有較高的靈敏度( p)、響應度( r)和探測率( d *)，分別高達1.21×106、546.1?a?w?1、2.46?×?1015jones；

24、3.?2,5-dptt?sc-opts顯示出對丁烷氣體火焰的快速響應能力，上升和結束時間約為0.5?s。表明這一高靈敏度和波段選擇性的有機光電晶體管可應用于oh?輻射檢測。可以有效地提高有機半導體在含氫可燃性氣體燃燒檢測方面的潛力。

技術特征：

1.一種有機光電晶體管，其特征在于，所述有機光電晶體管的有源層中的單晶為2,5-dptt微納單晶；

2.如權利要求1所述的有機光電晶體管，其特征在于，所述2,5-dptt通過以下步驟合成：

3.如權利要求1所述的有機光電晶體管，其特征在于，所述有機光電晶體管為底柵頂接觸晶體管。

4.如權利要求3所述的有機光電晶體管，其特征在于，所述底柵頂接觸晶體管包括硅片以及沉積硅片上方的2,5-dptt微納單晶，所述2,5-dptt微納單晶的頂面上左右兩側設有金電極。

5.如權利要求4所述的有機光電晶體管的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

6.如權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述低溫區的溫度為室溫20-30?℃，高溫區的溫度為105-110?℃。

7.如權利要求5所述的制備方法，其特征在于，載氣流速為30-50?sccm，加熱時間為120-180?min。

8.如權利要求1所述的有機光電晶體管在基于oh?發射的紫外光檢測中的應用。

9.如權利要求1所述的有機光電晶體管作為有機火焰紫外光電探測器在含氫可燃性氣體火焰檢測中的應用。

10.2,5-dptt在基于oh?發射的紫外光檢測中的應用，其特征在于，所述2,5-dptt的結構式為：

技術總結
本發明公開了基于2,5?DPTT的有機光電晶體管及其在火焰檢測中的應用，所述基于2,5?DPTT的有機光電晶體管的有源層中的單晶為2,5?DPTT微納單晶，具有較高的遷移率（0.23?cm<supgt;2</supgt;?V<supgt;?1</supgt;?s<supgt;?1</supgt;）且在310?nm波長下具有較高的響應性，可以有效地提高有機半導體在含氫可燃性氣體燃燒檢測方面的潛力。

技術研發人員：李立強,馬藝寧,胡永旭,王中武
受保護的技術使用者：天津大學
技術研發日：
技術公布日：2024/10/21