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电阻式气体传感器具有小型化、低成本、易集成等突出特点,是构建气体监测物联网的关键核心感知器件,低功耗是未来重要发展趋势。氨气(NH3)传感器在环境监测、农畜牧业监管和医学诊疗领域具有重要的应用,开发满足不同场景检测要求的高性能室温NH3传感器是该领域研究重点和难点,也是实现低功耗传感器的有效策略。本论文聚焦基于有机半导体传感材料的室温NH3传感器,从新型有机小分子半导体敏感材料的设计、选择和传感器结构优化入手,构建了基于二氰基取代菲并吡嗪并苯(DPA-Ph-DBPz DCN)和二氰基取代菲并吡嗪(TPA-DCPP)敏感材料的平面型室温NH3传感器以及基于扭曲构型的二氰基取代菲并吡嗪衍生物(TPA-3DCNPZ)敏感材料的叠层结构室温柔性自愈合NH3传感器。通过密度泛函理论计算(DFT)、和频共振光谱分析和电化学阻抗特性测试等技术手段,系统研究了传感器的敏感机制。主要研究内容如下:(1)通过设计和选择D-π-A-π-D型3,6-双(4-(二苯基氨基)苯基)二苯并[a,c]吩嗪-11,12-二腈(DPA-Ph-DBPz DCN)有机材料为敏感材料,采用旋涂工艺制作DPA-Ph-DBPz DCN基平面型室温NH3传感器。研究结果表明,基于DPA-Ph-DBPz DCN敏感材料的传感器在室温和98%相对湿度条件下对100 ppm NH3表现出了最高响应值(72.73%),对20 ppm NH3的响应恢复时间为48 s和15 s,检测下限为2 ppm。同时,该传感器对NH3还具有良好的重复性、选择性和稳定性。通过DFT计算证实了传感器的良好敏感性能主要归因于DPA-Ph-DBPz DCN敏感材料中氰基、吡嗪基团对NH3优异的吸附特性。特别是在高湿条件下,H2O分子的预吸附进一步增强了对NH3的吸附能力,有效提高了NH3敏感特性。(2)通过旋涂工艺,构建基于D-π-A-π-D型7,10-双(4-(二苯基氨基)苯基)-2,3-二氰基吡嗪并菲(TPA-DCPP)有机敏感材料的平面型室温NH3传感器。通过优化有机材料中吡嗪和氰基基团的连接方式,调控吡嗪-N处的吸附特性,提高传感器对NH3的敏感特性。气敏测试结果表明,基于TPA-DCPP敏感材料的传感器在室温和98%相对湿度条件下的基线电阻比17%相对湿度降低了2个数量级,且对100 ppm NH3具有最高的响应值(76.4%)和最低检测下限(500ppb)。此外,该传感器对NH3也表现出了优异的响应恢复特性、选择性和396天的长期稳定性。通过复阻抗测试、和频共振光谱测试和DFT计算进一步阐析了所构建的传感器敏感特性的提升是由于TPA-DCPP敏感材料的氰基、吡嗪基团位点对NH3的强吸附特性,有效提高了敏感材料的电导率。此外,揭示了高湿条件下H2O与NH3的协同吸附效应对传感器的增敏机制。(3)设计和制备了6,6’,6"-(腈-4,1-二基)三(5-苯基吡嗪-2,3-二羰基)(TPA-3DCNPZ)有机敏感材料,在氧化铝陶瓷基底上构建了平面型室温NH3传感器。基于TPA-3DCNPZ敏感材料的平面型NH3传感器在室温和98%相对湿度下对100 ppm NH3表现出最高响应值(86.8%)和最低检测下限(300 ppb)。为了解决平面型传感器基线电阻过大的问题,以TPA-3DCNPZ为敏感材料,采用热蒸镀法和旋涂法在聚碳酸酯(PU)自愈合柔性基底上构建了叠层结构室温NH3传感器。通过设计传感器叠层结构,缩短电荷在敏感材料的传输路径,提高传感器的电导率,显著降低基线电阻。研究结果表明,所构建的Au/TPA-3DCNPZ/Ag-PU叠层结构传感器在15%相对湿度条件下的基线电阻约为3.48 MΩ,相比于TPA-3DCNPZ基平面型传感器降低了5个数量级。此外,基于TPA-3DCNPZ的叠层结构传感器在室温和98%相对湿度下对NH3也表现出了较低检测下限(1 ppm)、优异的选择性、弯曲稳定性和自愈合特性。利用复阻抗测试与DFT计算证实了基于TPA-3DCNPZ敏感材料的传感器在不同湿度条件下对NH3的增敏机制。