淺談導(dǎo)電聚合物傳感器的應(yīng)用

李小奇

（山東師范大學(xué)附屬中學(xué) 250100）

淺談導(dǎo)電聚合物傳感器的應(yīng)用

李小奇

（山東師范大學(xué)附屬中學(xué) 250100）

導(dǎo)電聚合物在各個(gè)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，導(dǎo)電聚合物決定著傳感器的線性度、靈敏度、穩(wěn)定性，起著關(guān)鍵的作用。本文主要就導(dǎo)電聚合物傳感器的應(yīng)用進(jìn)行分析。

導(dǎo)電聚合物傳感器；組成；應(yīng)用

1 引言

人類社會已由工業(yè)化時(shí)代向信息化時(shí)代加速邁進(jìn)，新技術(shù)革命的三大支柱也逐漸變成了材料、信息和能源。而傳感器是捕捉和轉(zhuǎn)換信息的器件，鑒于其重要意義，傳感器已被廣泛應(yīng)用在航空航天、國防、能源、交通運(yùn)輸、機(jī)械、電力、紡織、化工、環(huán)保、生物醫(yī)學(xué)等多種領(lǐng)域。在現(xiàn)代社會科學(xué)技術(shù)中占據(jù)著相當(dāng)重要的地位。

2 傳感器的定義及組成

傳感器是能夠感受規(guī)定的被測量信號并且能夠按照一定的規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成可測量信號的裝置或器件。它的組成成分主要有轉(zhuǎn)換元件、敏感元件和檢測器件。傳感器件的核心是敏感元件，敏感元件決定著傳感器的選擇性、線性度、靈敏度、穩(wěn)定性等等。因此好的傳感器必須要有好的靈敏原件。導(dǎo)電聚合物出現(xiàn)在70年代末，以其優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)和特殊的性能讓各個(gè)領(lǐng)域的科學(xué)工作者倍加關(guān)注。導(dǎo)電聚合物在光電子器件、能源、分子導(dǎo)線、傳感器、分子器件、電磁屏蔽、隱身技術(shù)和電磁防腐上都有著廣泛的應(yīng)用前景。而將導(dǎo)電聚合物的材料應(yīng)用在傳感器的敏感材料中的研究開始于80年代末期。

3 傳導(dǎo)電聚合物作為傳感器的敏感材料的優(yōu)勢

20世紀(jì)70年代末期，聚乙炔用導(dǎo)電聚合物的方法誕生，以其特殊的結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性能，使導(dǎo)電聚合物的研究和應(yīng)用取得了許多成果。

（1）導(dǎo)電聚合物在導(dǎo)電性能上是無可挑剔的，可以用作“分子導(dǎo)線”讓電子在生物活性物質(zhì)與電級間直接傳遞，在生物傳感器的響應(yīng)特性上得到了顯著性的提高，第三代生物傳感器由此應(yīng)運(yùn)而生。

（2）以電聚合方法合成的導(dǎo)電聚合物，操作相對簡單，過程相比之下易于控制，并且能夠通過電聚合的條件和電聚合的參數(shù)制成同一個(gè)厚度的導(dǎo)電膜。這種方式大大的提高了傳感器的性能。

（3）導(dǎo)電聚合物具有去摻雜/摻雜的可逆性過程，在其合成過程中，不同種類的陰離子會摻雜在里面，因?yàn)閷?dǎo)電聚合物可以用于檢測不同類型的對象，所以擴(kuò)大了它在分析過程中的檢測范圍。

（4）在一定程度上，用化學(xué)來修飾改善是可以改變導(dǎo)電聚合物的化學(xué)性能的，讓它們可以和酶等試劑直接進(jìn)行共價(jià)結(jié)合，這可以進(jìn)一步擴(kuò)大分析的對象。

4 導(dǎo)電聚合物的結(jié)構(gòu)特征和基本性能

導(dǎo)電聚合物結(jié)構(gòu)的最突出的特點(diǎn)就是共軛聚合物的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，共軛聚合物的本征態(tài)處于半導(dǎo)態(tài)或者是絕緣態(tài)。近紅外吸收的光譜是能夠判斷導(dǎo)電聚合物摻雜狀態(tài)的有效手段，摻雜導(dǎo)電態(tài)在近紅外區(qū)有較強(qiáng)吸收的能力，脫摻雜后的本征態(tài)則近紅外區(qū)吸收消失。

導(dǎo)電聚合物最重要的性質(zhì)是它的導(dǎo)電性，有以下特點(diǎn)：①導(dǎo)電聚合物的室溫電導(dǎo)率是可以變化的，導(dǎo)電率高的情況下，可以滿足金屬的導(dǎo)電率要求，而相對較低時(shí)，它的導(dǎo)電率相當(dāng)于導(dǎo)體、半導(dǎo)體，而它的改變是可以通過控制摻雜度來完成的；②導(dǎo)電聚合物可拉伸取向，沿著拉伸的方向?qū)щ娐士呻S著拉伸的長度而增加，而在垂直與拉伸方向的導(dǎo)電率基本不變；③盡管導(dǎo)電高聚物的室溫電導(dǎo)率可以達(dá)到金屬態(tài)。但是在有些方面導(dǎo)電聚合物是達(dá)不到金屬特性的，例如在電導(dǎo)率和溫度依賴性等方面；④導(dǎo)電聚合物的載流子是用極化子、雙極化子的概念來描述的，它是不同于金屬的自由電子和半導(dǎo)體的空穴和電子；⑤導(dǎo)電高聚物還會伴隨著顏色的變化而產(chǎn)生變化，還具有高的三階非線性光學(xué)效應(yīng)等特點(diǎn)。

5 導(dǎo)電聚合物的研究進(jìn)展及其應(yīng)用

用導(dǎo)電聚合物導(dǎo)電是一種本征導(dǎo)電，它的形成是一個(gè)分子合的過程，銅的導(dǎo)電系數(shù)是非常高的，而導(dǎo)電聚合物的導(dǎo)電系數(shù)與銅相比是非常接近的。在國民經(jīng)濟(jì)與國民安全方面，導(dǎo)電聚合物起著很大的作用，并且在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域更是有著強(qiáng)大的應(yīng)用價(jià)值，在這些領(lǐng)域中導(dǎo)電聚合物是一種非常有用的材料。不過導(dǎo)電聚合物的研究在理論上并沒有得到完善，無機(jī)半導(dǎo)體理論是大部分導(dǎo)電聚合物應(yīng)用的概念，因此導(dǎo)電聚合物的性能并沒有達(dá)到金屬態(tài)，要從分子設(shè)計(jì)的角度實(shí)現(xiàn)合成金屬的途徑。而在分子水平上，導(dǎo)電聚合物的自組裝分子器件、自構(gòu)筑的研究存在著很多的問題。

導(dǎo)電聚合物在生物傳感器中的應(yīng)用是很廣泛的，例如在葡萄糖生物傳感器構(gòu)建中的應(yīng)用、在膽固醇生物傳感器構(gòu)建中的應(yīng)用、還有一些在其他生物傳感器構(gòu)建中的應(yīng)用。

6 結(jié)束語

導(dǎo)電聚合物材料是傳感器的設(shè)計(jì)與制作中新的突破，導(dǎo)電聚合物的應(yīng)用前景非常廣闊，尤其是在以氣體為媒介的傳感器和生物傳感器中。鑒于導(dǎo)電聚合物的應(yīng)用前景廣泛，必須加大開發(fā)和利用該種物質(zhì)的力度，并且使之逐漸優(yōu)化。

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TP212

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1004-7344（2016）35-0302-01

2016-12-3