浅谈导电聚合物传感器的应用

2016-03-14李小奇

大科技 2016年35期

关键词：导电器件分子

李小奇

（山东师范大学附属中学 250100）

浅谈导电聚合物传感器的应用

李小奇

（山东师范大学附属中学 250100）

导电聚合物在各个领域都有着广泛的应用，导电聚合物决定着传感器的线性度、灵敏度、稳定性，起着关键的作用。本文主要就导电聚合物传感器的应用进行分析。

导电聚合物传感器；组成；应用

1 引言

人类社会已由工业化时代向信息化时代加速迈进，新技术革命的三大支柱也逐渐变成了材料、信息和能源。而传感器是捕捉和转换信息的器件，鉴于其重要意义，传感器已被广泛应用在航空航天、国防、能源、交通运输、机械、电力、纺织、化工、环保、生物医学等多种领域。在现代社会科学技术中占据着相当重要的地位。

2 传感器的定义及组成

传感器是能够感受规定的被测量信号并且能够按照一定的规律将其转换成可测量信号的装置或器件。它的组成成分主要有转换元件、敏感元件和检测器件。传感器件的核心是敏感元件，敏感元件决定着传感器的选择性、线性度、灵敏度、稳定性等等。因此好的传感器必须要有好的灵敏原件。导电聚合物出现在70年代末，以其优异的物理化学性质和特殊的性能让各个领域的科学工作者倍加关注。导电聚合物在光电子器件、能源、分子导线、传感器、分子器件、电磁屏蔽、隐身技术和电磁防腐上都有着广泛的应用前景。而将导电聚合物的材料应用在传感器的敏感材料中的研究开始于80年代末期。

3 传导电聚合物作为传感器的敏感材料的优势

20世纪70年代末期，聚乙炔用导电聚合物的方法诞生，以其特殊的结构和物理化学性能，使导电聚合物的研究和应用取得了许多成果。

（1）导电聚合物在导电性能上是无可挑剔的，可以用作“分子导线”让电子在生物活性物质与电级间直接传递，在生物传感器的响应特性上得到了显著性的提高，第三代生物传感器由此应运而生。

（2）以电聚合方法合成的导电聚合物，操作相对简单，过程相比之下易于控制，并且能够通过电聚合的条件和电聚合的参数制成同一个厚度的导电膜。这种方式大大的提高了传感器的性能。

（3）导电聚合物具有去掺杂/掺杂的可逆性过程，在其合成过程中，不同种类的阴离子会掺杂在里面，因为导电聚合物可以用于检测不同类型的对象，所以扩大了它在分析过程中的检测范围。

（4）在一定程度上，用化学来修饰改善是可以改变导电聚合物的化学性能的，让它们可以和酶等试剂直接进行共价结合，这可以进一步扩大分析的对象。

4 导电聚合物的结构特征和基本性能

导电聚合物结构的最突出的特点就是共轭聚合物的链式结构，共轭聚合物的本征态处于半导态或者是绝缘态。近红外吸收的光谱是能够判断导电聚合物掺杂状态的有效手段，掺杂导电态在近红外区有较强吸收的能力，脱掺杂后的本征态则近红外区吸收消失。

导电聚合物最重要的性质是它的导电性，有以下特点：①导电聚合物的室温电导率是可以变化的，导电率高的情况下，可以满足金属的导电率要求，而相对较低时，它的导电率相当于导体、半导体，而它的改变是可以通过控制掺杂度来完成的；②导电聚合物可拉伸取向，沿着拉伸的方向导电率可随着拉伸的长度而增加，而在垂直与拉伸方向的导电率基本不变；③尽管导电高聚物的室温电导率可以达到金属态。但是在有些方面导电聚合物是达不到金属特性的，例如在电导率和温度依赖性等方面；④导电聚合物的载流子是用极化子、双极化子的概念来描述的，它是不同于金属的自由电子和半导体的空穴和电子；⑤导电高聚物还会伴随着颜色的变化而产生变化，还具有高的三阶非线性光学效应等特点。

5 导电聚合物的研究进展及其应用

用导电聚合物导电是一种本征导电，它的形成是一个分子合的过程，铜的导电系数是非常高的，而导电聚合物的导电系数与铜相比是非常接近的。在国民经济与国民安全方面，导电聚合物起着很大的作用，并且在日常生活和工业生产等领域更是有着强大的应用价值，在这些领域中导电聚合物是一种非常有用的材料。不过导电聚合物的研究在理论上并没有得到完善，无机半导体理论是大部分导电聚合物应用的概念，因此导电聚合物的性能并没有达到金属态，要从分子设计的角度实现合成金属的途径。而在分子水平上，导电聚合物的自组装分子器件、自构筑的研究存在着很多的问题。

导电聚合物在生物传感器中的应用是很广泛的，例如在葡萄糖生物传感器构建中的应用、在胆固醇生物传感器构建中的应用、还有一些在其他生物传感器构建中的应用。