一种基于分子器件的高灵敏电场探测器

摘要

本发明提供了一种基于分子器件的高灵敏电场探测器，包括基底层、加热层、有机共轭聚合物材料层、有机分子、源极、漏极，加热层置于基底层上，有机共轭聚合物材料层置于加热层上，有机分子、源极、漏极置于有机共轭聚合物材料层上，有机分子置于有机共轭聚合物材料层的中部，有机分子延伸于源极和漏极之间。本发明具有电场探测灵敏度高的优点。另外，本发明中的器件尺寸小，易于集成，在电场探测领域具有重要的应用前景。

说明书

技术领域

本发明涉及电场探测领域，具体涉及一种基于分子器件的高灵敏电场探测器。

背景技术

电场的测量不仅对导弹、航空器、火箭发射等军工意义重大，而且对城市环境污染、炼油厂、超净实验室、储油站等民用地面上容易引起静电和容易受静电及雷达危害的场所也有着广泛的应用。传统电场测量装置的尺寸大、灵敏度低，探索基于新原理的电场探测技术对减小器件的尺寸和提高电场测量的灵敏度具有重要意义。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供了一种基于分子器件的高灵敏电场探测器，包括基底层、加热层、有机共轭聚合物材料层、有机分子、源极、漏极，加热层置于基底层上，有机共轭聚合物材料层置于加热层上，有机分子、源极、漏极置于有机共轭聚合物材料层上，有机分子置于有机共轭聚合物材料层的中部，有机分子延伸于源极和漏极之间。

更进一步地，有机共轭聚合物材料层的材料为聚3-己基噻吩。

更进一步地，有机分子为十二烷基硫醇、蒽硫醇、辛二硫醇。

更进一步地，有机共轭聚合物材料层表面的中部设有凸起。

更进一步地，凸起为弧形。

更进一步地，源极的材料为金或石墨烯。

更进一步地，漏极的材料为金或石墨烯。

更进一步地，基底层为隔热材料。

更进一步地，有机共轭聚合物材料层的厚度小于100微米。

本发明的有益效果：本发明提供了一种基于分子器件的高灵敏电场探测器，包括基底层、加热层、有机共轭聚合物材料层、有机分子、源极、漏极，加热层置于基底层上，有机共轭聚合物材料层置于加热层上，有机分子、源极、漏极置于有机共轭聚合物材料层上，有机分子置于有机共轭聚合物材料层的中部，有机分子延伸于源极和漏极之间。使用时，首先，在无电场空间，应用源极和漏极测量有机分子的导电特性，此时加热部为常温；然后，将本发明置于待测电场中，同时应用加热部加热有机共轭聚合物材料层，加热持续一段时间后，冷却有机共轭聚合物材料层，重新测量有机分子的导电特性，根据前后有机分子导电特性的变化，确定待测电场。在加热过程中，待测电场改变了有机共轭聚合物材料层分子链的方向，从而改变了有机分子和有机共轭聚合物材料层的界面，从而改变了有机分子的导电特性。因为在加热时，有机共轭聚合物材料层分子链的方向严重地依赖于其所处的电场，并且有机分子的导电特性严重地依赖于其周围的环境。因此，本发明具有电场探测灵敏度高的优点。另外，本发明中的器件尺寸小，并且是基于传统导电特性测量的，易于集成，在电场探测领域具有重要的应用前景。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是基于分子器件的高灵敏电场探测器的示意图。

图2是又一种基于分子器件的高灵敏电场探测器的示意图。

图中：1、基底层；2、加热层；3、有机共轭聚合物材料层；4、有机分子；5、源极；6、漏极。

具体实施方式

为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

实施例1

本发明提供了一种基于分子器件的高灵敏电场探测器，如图1所示，包括基底层1、加热层2、有机共轭聚合物材料层3、有机分子4、源极5、漏极6。加热层2置于基底层1上。基底层1为隔热材料。加热层2可以采用电阻加热的方式，也可以采用连接高温物体的方式加热，在此不做限制。有机共轭聚合物材料层3置于加热层2上。有机共轭聚合物材料层3的材料为聚3-己基噻吩。加热时，聚3-己基噻吩的微观形貌更容易被待测电场调控。有机分子4、源极5、漏极6置于有机共轭聚合物材料层3上。有机分子4为十二烷基硫醇、蒽硫醇、辛二硫醇，但是不限于此，能够被连接于源极5和漏极6间，并且能够导电的有机分子，均在本发明的保护范围内。源极5的材料为金或石墨烯。漏极6的材料为金或石墨烯。源极5的材料可以与漏极6的材料相同，源极5的材料也可以与漏极6的材料不同。有机分子4置于有机共轭聚合物材料层3的中部。有机分子4延伸于源极5和漏极6之间，以便通过源极5和漏极6测量有机分子4的导电特性。有机分子4延伸于源极5和漏极6间，有机分子4与源极5、漏极6连接，连接的方式可以为物理上的接触、共价键连接、化学吸附。

使用时，首先，在无电场空间，应用源极5和漏极6测量有机分子4的导电特性，此时加热层2为常温；然后，将本发明置于待测电场中，同时应用加热层2加热有机共轭聚合物材料层3，加热持续一段时间后，冷却有机共轭聚合物材料层3，重新测量有机分子4的导电特性，根据前后有机分子4导电特性的变化，确定待测电场。在加热过程中，待测电场改变了有机共轭聚合物材料层3分子链的方向，从而改变了有机分子4和有机共轭聚合物材料层3的界面及有机分子4内部的应力，从而改变了有机分子4的导电特性。因为在加热时，有机共轭聚合物材料层3分子链的方向严重地依赖于其所处的电场，并且有机分子4的导电特性严重地依赖于其周围的环境及其内部的应力。因此，本发明具有电场探测灵敏度高的优点。另外，本发明中的器件尺寸小，并且是基于传统导电特性测量的，易于集成，在电场探测领域具有重要的应用前景。

实施例2

在实施例1的基础上，如图2所示，有机共轭聚合物材料层3表面的中部设有凸起。凸起为弧形。这样一来，当有机共轭聚合物材料层3分子链方向改变时，有机共轭聚合物材料层3中部产生包括上下方向的更多的形变，从而使得有机分子4中部产生形变更多，从而在有机分子4内产生更大的应力，从而更多地改变有机分子4的导电特性，从而实现更高灵敏度的电场探测。

更进一步地，有机共轭聚合物材料层3的厚度小于100微米，以便于在加热层2的加热下，有机共轭聚合物材料层3表面分子链的方向也能够发生更多的改变，从而更多地改变有机分子4的导电特性，从而提高电场探测的灵敏度。

更进一步地，有机共轭聚合物材料包覆有机分子4的整体或局部。也就是说，在有机分子4的顶部还设有有机共轭聚合物材料。这样一来，当有机共轭聚合物材料的分子链方向改变时，有机分子4周围环境改变更多，从而更多地改变有机分子4的导电特性，从而提高电场探测的灵敏度。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。