[发明专利]用于爆炸物检测的十字型半导体材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及光电材料技术领域，尤其涉及一种用于爆炸物检测的十字型半导体材料及其制备方法和应用，所述的十字型半导体材料的化学结构式为式Ⅰ～式Ⅴ的任一结构，式中，R、R`分别为H或者烷基，碳原子数为6～14。该系列十字型半导体材料合成方法简单易操作，具有高特异选择性和高灵敏度，为化学爆炸物检测技术提供了有利帮助。

【技术领域】

本发明涉及光电材料技术领域，尤其涉及用于爆炸物检测的十字型半导体材料及其制备方法和应用。

【背景技术】

爆炸物对国防安全、生态环境和人体健康的不利影响引起了人们的广泛关注。传统的对于爆炸物的检测方法主要有色谱、光谱和质谱等检测手段。色谱方法虽然有较好的分离效果和检测灵敏度，但其分离速度较慢，难以快速定性。光谱法体积小，但对爆炸物多组份分析上不够完善。质谱法实现多组份分析，灵敏度高、误报率低，分析速度快，但仪器设备笨重，不便携带。此外，核磁共振法、电化学法、化学比色法、密度检测法等对需要快速检测与快速移动的爆炸现场而言，均存在很大的局限性。因此开发灵敏度高、选择性好、响应速度快、操作简单、便携性强和成本低廉的检测方法并识别爆炸物是一个急需解决的问题。特别是随着爆炸物制备和隐匿水平的提高,爆炸物的检测面临更加严峻的挑战。

有机场效应晶体管(Organic field effect transistor,OFET)传感器的工作原理是被检测物通过改变载流子的注入与传输特性来影响OFET的电信号、从而利用定量信号转换实现传感功能。OFET的关键参数如迁移率、开关电流比和阈值电压等性能指标均可作为电输出信号，易于实现多通道传感，因而在气体传感特别是爆炸物检测方面有着很大的潜在应用优势。此外，晶体管的栅极调控特性，使得OFET传感器在实现信号转换的同时，还具有信号放大的功能。因而，基于OFET的传感器理论上可以展示出更高的传感灵敏度，有望成为构建高灵敏度和高选择性电学传感器的理想载体之一。

当被检测物吸附到OFET器件时，有机半导体材料通常只与被检测物质发生偶极与π-π等弱相互作用，特异性较差，因而缺乏选择性和灵敏性，难以实现对被分析物的特异性识别。将传感性官能团引入到有机半导体，促进被检测物和有机半导体的特异性化学作用或反应，有助于提高传感灵敏度和选择性。然而，传感功能基团的引入有可能改变分子堆积、进而大幅降低器件性能，另外较强的相互作用，也使得器件的恢复和重复使用变得困难。因此，为了提高爆炸物检测的选择性和灵敏度，针对被检测分子，通过简单工艺设计、合成既具有较高的电学性能、又能与被检测物分子形成一定强度相互作用力的有机半导体材料成为一项重要的挑战。

基于此，我们设计了系列十字型二维共轭分子，通过在含有苯并二吡咯的吲哚并[3,2-b]咔唑(indolo[3,2-b]carbazole,ICZ)和二(噻吩并吡咯)并苯 (Thieno[3,2-b]thieno[2',3':4,5]pyrrolo[2,3-f]indole,4,9-dihydro-，TTPI)的稠环骨架上引入两个呋喃结构单元，以期利用吡咯环上的“H”和呋喃环的“O”形成分子内弱氢键，使得分子获得较高的平面性，形成有序的紧密堆积，从而获得良好的电学特性。

当爆炸物分子吸附和解吸时引起部分半导体材料分子内氢键的变化，其 OFET器件的电学性能也随之发生显著变化，给出相应的信号，从而实现对爆炸物分子的传感识别。这种基于分子内氢键的存在及变换而获得的特异选择性，将有助于获得高选择性和高灵敏度的爆炸物传感器，从而提高对爆炸物的检测能力，保障社会和民众安全。

【发明内容】

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于，提供一种用于爆炸物检测的十字型半导体材料。

本发明的目的之二在于，提供一种用于爆炸物检测的十字型半导体材料的制备方法，该工艺方法合成路线简单、有效、原料成本低。

本发明的目的之三在于，提供一种用于爆炸物检测的十字型半导体材料的应用，其在化学爆炸物检测传感器、发光二极管、传感器领域具有较强的推广与应用价值。