第一篇：化工廠有機(jī)廢水處理設(shè)計(jì)探討研究論文（共）

1工程概況

某化工廠的主要產(chǎn)品燒堿和聚氯乙烯，生產(chǎn)采用VCM裝置和S-PVC裝置。本工程設(shè)計(jì)為該廠有機(jī)廢水處理系統(tǒng)（不含母液廢水處理系統(tǒng)）設(shè)計(jì)，其廢水主要為有機(jī)廢水2000m3/d和廠區(qū)循環(huán)排污水4700m3/d。

2工藝設(shè)計(jì)

2.1設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)

有機(jī)廢水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)模為2000m3/d，24h運(yùn)行，廢水主要來源于VCM裝置和S-PVC裝置；循環(huán)排污水4700m3/d，24h運(yùn)行，廢水中含少量懸浮物。根據(jù)已經(jīng)建成的實(shí)際生產(chǎn)裝置，提出了有機(jī)廢水設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)，如表1所示；出水執(zhí)行《山東省半島流域水污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB37/676-2007)中一級標(biāo)準(zhǔn)。注：表中單位均為mg/L。

2.2工藝流程

根據(jù)有機(jī)廢水設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)和出水水質(zhì)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，采用“水解酸化+好氧+臭氧高級氧化+BAF”的工藝。循環(huán)排污水進(jìn)入有機(jī)廢水深度處理系統(tǒng)共同處理，若CODCr小于50mg/L時(shí)，直接進(jìn)入BAF進(jìn)行處理。剩余污泥排至廠外污泥處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，此處不作設(shè)計(jì)。具體工藝流程見圖1。

2.3主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)

(1)調(diào)節(jié)池、冷卻塔平臺。調(diào)節(jié)池、冷卻塔平臺與提升泵房合建，主要冷卻廢水，調(diào)勻水質(zhì)水量后提升至反應(yīng)池，調(diào)節(jié)池尺寸為29.0m×16.0m×4.0m（長×寬×高，下同），冷卻塔平臺尺寸為5.0m×5.0m，提升泵房尺寸為7.5m×5.0m。池內(nèi)設(shè)冷卻塔1臺（Q=140m3/h，N=7.5kW），提升泵2臺（1用1備，Q=85m3/h，H=10m，N＝5.5kW），潛水?dāng)嚢铏C(jī)2臺，超聲波液位計(jì)1臺，通過PLC傳輸至中控室。(2)反應(yīng)池。在反應(yīng)池內(nèi)投加NaHSO4，去除廢水中的NaClO，尺寸為3.0m×3.0m×3.0m，有效容積為22.5m，停留時(shí)間為15min，池內(nèi)設(shè)攪拌機(jī)2臺（N=0.75kW）。(3)水解酸化池。水解酸化池將難降解的復(fù)雜有機(jī)污染物分解為易降解的簡單有機(jī)物，降低廢水中SS的含量，尺寸為24.0m×9.0m×6.5m，有效水深為6.0m，停留時(shí)間為15h，池內(nèi)設(shè)脈沖布水器2套（Q=50m3/h）。(4)好氧池。好氧池是生化處理系統(tǒng)的主要部分，廢水經(jīng)過好氧微生物菌群的作用，把有機(jī)物分解成無機(jī)物，使污染物得到去除，尺寸為24.0m×12.0m×6.0m，停留時(shí)間為19h，氣水比約為20：1，池內(nèi)設(shè)微孔曝氣器680套（D=260，Q＝2～3m3/h），曝氣風(fēng)機(jī)2臺（1用1備，Q=28.18m3/min，ΔPa=68.6kPa，N=55kW），DO儀2套（0~20mg/L）。(5)二沉池。二沉池將廢水進(jìn)行泥水分離，通過沉淀去除廢水中的懸浮物，沉淀的污泥一部分回流到生化系統(tǒng)，剩余污泥排到污泥池，尺寸為Ф12.0m×4.5m（直徑×高），表面負(fù)荷為0.75m3/m2h，池內(nèi)設(shè)刮泥機(jī)1臺（φ12m，N=0.75kW），污泥回流泵3臺（2用1備，Q=85m3/h，H=11m，N=4kW）。(6)臭氧反應(yīng)池。臭氧氧化反應(yīng)是利用強(qiáng)氧化劑將微生物無法直接降解的大分子物質(zhì)和微生物自身代謝產(chǎn)物的分子鏈氧化斷開，污染物變性形成生物能夠直接降解的小分子物質(zhì)，使污染物得到進(jìn)一步去除，尺寸為12.0m×8.0m×7.0m，停留時(shí)間為2h，設(shè)臭氧發(fā)生裝置1套（臭氧產(chǎn)量Q=15kg/h），BAF提升泵2臺（1用1備，Q=285m3/h，H=15m，N＝18.5kW），超聲波液位計(jì)1臺，通過PLC傳輸至中控室。(7)BAF。BAF將廢水中的碳化有機(jī)物進(jìn)行好氧生物降解，它包括緩沖配水室、曝氣系統(tǒng)、承托層和濾料層、出水系統(tǒng)、反沖洗系統(tǒng)等，單座尺寸為4.0m×4.0m×6.0m，共3座，有機(jī)負(fù)荷為1.8kgBOD5/（m3濾料d），曝氣速率為12m3/m2*h，采用氣水聯(lián)合反沖洗。池內(nèi)設(shè)置陶料濾料120m3（Ф3-5mm），濾板27塊（980mm×980mm×100mm），承托層14.5m3（Ф20-40mm），長柄濾頭972個(gè)，曝氣器972個(gè)（Q=0.2~0.4m3/(個(gè).h)），BAF曝氣風(fēng)機(jī)2臺（1用1備，Q=12.8m3/min，ΔPa=58.8kPa，N=22kW），反沖洗泵2臺（1用1備，Q=300m3/h，H=15m，N＝18.5kW），反沖洗風(fēng)機(jī)2臺（1用1備，Q=11.5m3/min，ΔPa=68.6kPa，N=30kW）。

3設(shè)計(jì)特點(diǎn)

(1)有機(jī)廢水主要來源于VCM裝置和S-PVC裝置，其主要影響排放的因素為CODCr、BOD5、SS，參考同類型化工廠的水質(zhì)，此類廢水中有機(jī)污染物含量較高，可生化性高，可通過生化系統(tǒng)降解有機(jī)物，通過深度處理確保污染物達(dá)標(biāo)排放。(2)設(shè)置調(diào)節(jié)池。廢水排放具有周期性，水質(zhì)水量變化大，設(shè)置調(diào)節(jié)池并在池內(nèi)加以攪拌，可確保水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減輕對后續(xù)處理設(shè)施的壓力。(3)生化系統(tǒng)前設(shè)置反應(yīng)池，去除廢水中的NaClO，可減少對生化系統(tǒng)的沖擊。(4)進(jìn)水水質(zhì)cl-濃度為4000~6000mg/L，不會(huì)對生化系統(tǒng)造成損害。(5)循環(huán)排污水水質(zhì)較好時(shí)超越臭氧反應(yīng)池直接進(jìn)入BAF，減少臭氧的投加量，有效降低運(yùn)行費(fèi)用。(6)本項(xiàng)目采用“水解酸化+好氧”作為生化處理工藝，采用“臭氧高級氧化+BAF”作為深度處理工藝，保障出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

4項(xiàng)目運(yùn)行情況

項(xiàng)目運(yùn)行效果穩(wěn)定良好，出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)（見表2）。注：表中單位均為mg/L。5結(jié)語（1）采用“水解酸化+好氧+臭氧高級氧化+BAF”工藝處理有機(jī)廢水具有處理效果好，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。（2）工程運(yùn)行結(jié)果表明，該工藝處理燒堿和聚氯乙烯的生產(chǎn)線有機(jī)廢水，出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到CODCr≤50mg/L，BOD5≤10mg/L，NH3-N≤5mg/L，SS≤20mg/L的要求，為同類型的有機(jī)廢水處理提供借鑒。

作者:何俊 單位:廣東省環(huán)境科學(xué)研究院

參考文獻(xiàn)：

[1]馬冬.燒堿—聚氯乙烯化工生產(chǎn)過程的廢水綜合處理.中國化工貿(mào)易，2011，(12）：49,64.[2]達(dá)娟，張軍.某工業(yè)園區(qū)污水處理改造工程設(shè)計(jì)實(shí)例.中國給水排水，2015，31（16）：65-67.

第二篇：造紙廢水處理工藝研究

造紙廢水處理工藝研究

目前，造紙行業(yè)是世界六大工業(yè)污染源之一，它產(chǎn)生的廢水量約占國內(nèi)工業(yè)總廢水量的10％。造紙廢水按其產(chǎn)生環(huán)節(jié)分為制漿廢液、中段水和紙機(jī)白水。制漿廢液通過常規(guī)的堿回收工藝可以得到回收利用；紙機(jī)白水通過氣浮或多盤真空過濾等處理后可直接回用于生產(chǎn)；通常所說的造紙廢水主要指的是中段水，它含有木素、半纖維素、糖類、殘堿、無機(jī)鹽、揮發(fā)酸、有機(jī)氯化物等，具有排放量大、COD高、pH變化幅度大、色度高、有硫醇類惡臭氣味、可生化性差等特點(diǎn)，屬于較難處理的工業(yè)廢水。為有效控制造紙行業(yè)帶來的水環(huán)境惡化和緩解水資源日趨緊缺的局面，世界各國不斷加大對造紙行業(yè)的環(huán)境執(zhí)法力度，既要求排放廢水水質(zhì)達(dá)標(biāo)、主要污染物排放總量達(dá)標(biāo)，又要對噸產(chǎn)品新鮮水用量進(jìn)行控制。

為了降低造紙廢水處理的運(yùn)行成本，提高去除效果眾多學(xué)者在造紙廢水處理技術(shù)方面進(jìn)行了大量研究，其中常用于造紙廢水處理的工藝有以下幾種。吸附法

吸附法具有處理效果好、操作簡單、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。田淑卿等通過正交試驗(yàn)，對粉煤灰處理造紙廢水的影響因素進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：對粉煤灰進(jìn)行活化，能增加其對造紙廢水化學(xué)需氧量(COD)的去除效果；最佳的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案為：粉煤灰經(jīng)40％硫酸活化、粒度160—200目、投加量為30g/100ml；影響COD去除率的大小順序?yàn)椋和都恿坑绊懽畲螅６却沃罨绞接绊懽钚　Ｐ跄恋矸?/p>

絮凝沉淀法具有工藝簡單、易于操作管理、有較高COD去除率，又可以避免二次污染，成本低且處理效果好，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。張福寧等將殼聚糖與硫酸鋁進(jìn)行配比制得復(fù)合凈水劑處理廢水，COD的去除率可達(dá)85％以上。高飛等用復(fù)合聚鐵絮凝劑FPAS處理造紙廠中段廢水，結(jié)果表明COD去除率可達(dá)88％左右，優(yōu)于傳統(tǒng)的絮凝劑。

在最佳混凝效果控制方面，李臻采用聚硅酸鋁混凝劑處理COD為860～920 mg/L的造紙廢水，在pH 7.80、100 mL廢水中加人質(zhì)量分?jǐn)?shù)1％的聚硅酸鋁水溶液0.2 mL、攪拌速率45 r/min、攪拌時(shí)間15 s、沉降時(shí)間15min的最佳條件下，COD去除率達(dá)88％ ；石中亮等采用殼聚糖處理造紙廢水，在50mL廢水中加入2 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)1％ 的殼聚糖醋酸溶液、pH 6.5～6.7、攪拌速率120 r/rain、絮凝時(shí)間12 h的最佳條件下，COD去除率達(dá)65％。高級氧化技術(shù)

喬維川等研究了用臭氧法深度處理制漿造紙廢水的工藝條件，結(jié)果表明：臭氧與廢水接觸時(shí)間為5min、pH值8左右、臭氧的濃度為42.55mg/L時(shí)，廢水CODCr的去除率為80％以上，色度的去除率為93.34％。劉劍玉等采用臭氧預(yù)氧化一曝氣生物濾池(BAF)工藝對某鈔票紙廠廢水進(jìn)行深度處理。結(jié)果表明，臭

氧預(yù)氧化處理能提高廢水的可生化性，廢水經(jīng)臭氧預(yù)氧化BAF工藝處理后(臭氧用量l00mg/L，臭氧與廢水接觸時(shí)間5min，BAF水力停留時(shí)間2．0h)出水CODCr濃度約40mg/L，色度幾乎完全去除，能夠達(dá)到較高的廢水排放標(biāo)準(zhǔn)或作為中水回收利用。

王兆江等采用Fenton體系氧化一絮凝工藝深度處理制漿造紙廢水，廢水經(jīng)UV/Fenton體系氧化一絮凝處理后，色度、COD、BOD污染負(fù)荷基本去除，達(dá)到制漿造紙工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，紅外光譜分析表明：廢水中木素結(jié)構(gòu)被UV/Fenton氧化降解，苯環(huán)結(jié)構(gòu)開裂轉(zhuǎn)化為脂肪族羧酸類物質(zhì)。

劉學(xué)文等以過渡金屬氧化物CuO為活性組分，采用催化濕式氧化法處理造紙廢水，考察Cu負(fù)載量、催化劑用量、反應(yīng)溫度對廢水COD去除率的影響。結(jié)果表明：固定氧氣分壓在2.5MPa和反應(yīng)時(shí)間3h，催化劑用量為3g，Cu負(fù)載量為4％，反應(yīng)溫度為220℃，500mL濃度為3250mg/L造紙廢水的COD去除率為90％，色度去除率為89％，pH值由9.6變?yōu)?.8。

歐陽明等以復(fù)合表面活性劑為模板劑，微波法制備不同Ce摻雜量的介~Lwo3光催化劑，采用X射線衍射(XRD)、透射電子顯微鏡(TEM)、UV—VisDRS和BET等對所得樣品進(jìn)行表征。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)Ce摻雜量為1％時(shí)，造紙廢水的光催化降解效果最佳。以1％Ce/W03為催化劑，光催化降解造紙廢水12h，廢水的色度和COD去除率分別為100％和83.4％。生態(tài)廢水處理技術(shù)

基于生態(tài)學(xué)原理的人工濕地污水處理技術(shù)是一項(xiàng)新型的廢水處理技術(shù)，通過對人工濕地系統(tǒng)的合理規(guī)劃與設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)污染的零排放，并最終使污水資源化。李麗娜等利用垂直復(fù)合流模擬人工濕地系統(tǒng)對廢紙?jiān)旒垙U水進(jìn)行處理實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明，廢紙?jiān)旒垙U水經(jīng)氧化塘系統(tǒng)處理后的pH值7.2～7.4，BOD5、CODCr、SS平均濃度分別為416mg/L、543mg/L、429mg/L，水負(fù)荷0．053m3/(m2.d)的條件下，經(jīng)人工濕地處理后BOD5、CODCr、SS的去除率分別為94.9％、91.4％、98.0％，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行12個(gè)月，處理后的尾水主要指標(biāo)達(dá)到制漿造紙工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，可用于農(nóng)灌。

發(fā)達(dá)國家從20世紀(jì)9O年代起廣泛采用人工濕地處理工業(yè)廢水，出水COD、BOD 分別能達(dá)30 mg/L和10 mg/L以下。江蘇雙燈紙業(yè)有限公司利用當(dāng)?shù)匮睾┩抠Y源優(yōu)勢，河南聚源紙業(yè)有限公司利用廠區(qū)閑置土地較多的優(yōu)勢，均采用生態(tài)法對造紙廢水進(jìn)行深度處理，取得了良好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。生物法

好氧法主要包括活性污泥法和生物膜法等兩種方法。

SBR活性污泥廢水處理制裝造紙SBR(Sequencing Batch Reactor)即序批式反

應(yīng)器，是一種間歇式活性污泥處理系統(tǒng)，它已經(jīng)成為一種簡單可靠、經(jīng)濟(jì)有效和多功能的生化處理工藝，普通活性污泥法的BOD和懸浮物去除率都很高，達(dá)到90～95％左右，COD去除率達(dá)80％以上。

胡維超采用浸沒式膜生物反應(yīng)器S-MBR進(jìn)行了造紙廢水的中試處理試驗(yàn)，結(jié)果表明COD去除率高達(dá)95％。季明采用膜生物反應(yīng)器對造紙廢水生化池出水進(jìn)行深度處理。研究發(fā)現(xiàn)，將生化池的出水直接進(jìn)入反應(yīng)器，解決由于營養(yǎng)低而難以提高污泥濃度的問題，從而提高了CODCr，去除效率；提出了優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)，在停留時(shí)間l 0小時(shí)，污泥濃度89/1時(shí)，CODCr，去除效率可以達(dá)到45％以上。

厭氧生物處理技術(shù)是對普遍存在于自然界的微生物過程的人為控制與強(qiáng)化技術(shù)，是處理有機(jī)污染和廢水的有效手段。造紙廢水含大量有機(jī)物及難降解物質(zhì)，適宜用厭氧法進(jìn)行預(yù)處理。IC反應(yīng)器是在UASB反應(yīng)器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的第三代高效厭氧反應(yīng)器，它具有處理量大，投資少，處理效率高，抗沖擊能力強(qiáng)，能耗低，占地省等優(yōu)點(diǎn)，擁有良好的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展前景，通過采用強(qiáng)制外循環(huán)IC反應(yīng)器完成了造紙廢水的啟動(dòng)研究，其COD去除率維持在73％一75g之間，其應(yīng)用范圍已成為廢水厭氧生物處理的熱點(diǎn)之一。

李燕,刁智俊采用爆破制漿工藝生產(chǎn)高墻瓦楞紙，具有漿得率高、污染物排放少的特點(diǎn)，排放的造紙廢水含有較高的糖類物質(zhì)，BOD/COD較高，可采用UASB一好氧的廢水處理工藝，提高廢水排放的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，可達(dá)到了《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級排放標(biāo)準(zhǔn)。

吳香波等研究了白腐菌采絨革蓋菌Coriolusversicolor漆酶對木素聚合的影響，在有氧條件下，通過添加漆酶和少量ABTS介體到水樣中，用紫外分光光度計(jì)測定了其中木素濃度變化，利用凝膠色譜法分析了酶催化聚合木素前后的分子量的變化，結(jié)果表明：酶處理6h以后，廢水中木素濃度從93.1mg/L下降到17.2mg/L，酶處理2h以后，從造紙廠污水分離的木素的分子量從31251上升到586l0，造紙廢水中木素及其衍生物被聚合后通過絮凝沉淀除去，從而實(shí)現(xiàn)廢水色度與COD降低，進(jìn)而為造紙廢水回用提供可能。組合工藝

目前造紙廢水的聯(lián)合處理法較多。Alfred等 采用臭氧氧化一固定床生物膜反應(yīng)器工藝提高外排水的水質(zhì)，發(fā)現(xiàn)該工藝對COD、色度和AOX的去除效果較好，且需要的臭氧量較少。化學(xué)絮凝一氣浮串聯(lián)生物接觸氧化工藝處理再生紙生產(chǎn)廢水的研究結(jié)果表明，該工藝能夠?qū)⒅卸嗡幕赜寐侍岣咧?8％。李穎等采用還原鐵床與固定化曝氣生物濾池聯(lián)合工藝深度處理中段水，COD由320 mg/L降至30 mg/L左右，色度由251倍降至18倍。

畢芳等采用ABR(折流板反應(yīng)器)&BAF(曝氣生物濾池)組合工藝處理造紙廢

水，運(yùn)行結(jié)果表明：在進(jìn)水CODcr400～500mg/L，BOD5200～300mg/L時(shí)，處理后出水水質(zhì)可達(dá)到 制漿造紙工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB3544—2008)第二時(shí)段一級標(biāo)準(zhǔn)之現(xiàn)有企業(yè)水污染排放限值：CODcr≤100mg/L，BOD5≤30mg/L，該工藝簡單，占地面積小，運(yùn)行方便，運(yùn)行費(fèi)用低。廣紙南沙污水處理廠采用“IC(內(nèi)循環(huán))厭氧反應(yīng)器-SBR一氣浮”三級處理工藝處理制漿造紙廢水，處理效果穩(wěn)定，各項(xiàng)出水考核指標(biāo)(BOD、COD、SS)均能夠達(dá)到設(shè)計(jì)值，就目前污水處理的技術(shù)水平來說，是較理想的處理工藝。

綜上所述，造紙廢水處理技術(shù)較多，各種技術(shù)都有一定的不足之處，在實(shí)際應(yīng)用中多采用組合工藝，取長補(bǔ)短，達(dá)到經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性的統(tǒng)一，隨著現(xiàn)代科技水平的不斷發(fā)展，將有更多更先進(jìn)的造紙廢水處理技術(shù)應(yīng)用于實(shí)踐，這些處理技術(shù)，必將對造紙廢水處理技術(shù)的系統(tǒng)研究奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

第三篇：電廠廢水處理控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究范文

電廠廢水處理控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究

一、項(xiàng)目簡介

本電廠廢水處理控制系統(tǒng)項(xiàng)目所在地位于山西省霍州市。霍州發(fā)電廠于1967年1月由水利電力部批準(zhǔn)籌建，采用火力發(fā)電，裝機(jī)容量40萬千瓦，年發(fā)電量25億千瓦·時(shí)，主要擔(dān)負(fù)著山西中南部地區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人民生活用電，是山西電網(wǎng)的主力電廠。

霍州發(fā)電廠建設(shè)時(shí)正處于中國發(fā)展的特殊年代，在選廠、設(shè)計(jì)、設(shè)備選購、施工、安裝和投產(chǎn)發(fā)電等方面追求簡易發(fā)電，給安全經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)留下先天缺陷。由于火力發(fā)電廠是工業(yè)用水大戶，因此每天的工業(yè)廢水如果直接排放，不僅浪費(fèi)水資源，而且會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。

以 往的廢水處理系統(tǒng)采用人工手動(dòng)控制，造成人員工作強(qiáng)度大，控制效率低，控制工藝落后。本次項(xiàng)目采用全新的自動(dòng)控制系統(tǒng)和監(jiān)控技術(shù)可以克服以前人工控制精度 低、運(yùn)行操作繁瑣、誤操作可能性大等缺點(diǎn)，該系統(tǒng)的廢水處理工藝流程具有一定的先進(jìn)性，達(dá)到了電廠廢水零排放，大大提高了水的利用率。同時(shí)可以通過網(wǎng)絡(luò)把 監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)融入整個(gè)電廠的自動(dòng)化管理中，節(jié)省人力物力，便于集中管理。通過本自動(dòng)控制系統(tǒng)把處理過的廢水再納入整個(gè)電廠的水循環(huán)中，提高電廠用水的效率，節(jié) 約成本，提高了整體的經(jīng)濟(jì)效益。使電廠的自動(dòng)化管理和自動(dòng)化控制生產(chǎn)方面達(dá)到一個(gè)新的高度。

圖1 霍州發(fā)電廠污水處理池外景

二、系統(tǒng)介紹

1． 項(xiàng)目工藝簡介

本次項(xiàng)目的主要任務(wù)包括含煤廢水的回放、化學(xué)再生廢水收集、主廠房內(nèi)系統(tǒng)優(yōu)化消防、生活水系統(tǒng)隔離、生活污水及工業(yè)廢水回用工程。采用一定的污水處理工藝，并通過自動(dòng)化控制達(dá)到預(yù)期規(guī)定的控制指標(biāo)。整個(gè)廢水處理系統(tǒng)由收集池、調(diào)節(jié)水池、凈化器、污泥池、清水池等部分組成，在廢水處理過程中，我們將系統(tǒng)劃分為五個(gè)子系統(tǒng)來處理，分別為：凈水系統(tǒng)、儲藥系統(tǒng)、過渡調(diào)節(jié)系統(tǒng)、清水回用系統(tǒng)以及污泥濃縮系統(tǒng)。電廠的廢水處理系統(tǒng)工藝流程圖如圖2所示：圖中的圓代表收集水泵；長方形代表集水池；長圓罐代表一體化凈化器，系統(tǒng)中共有四個(gè)凈化器，其余三個(gè)在圖中省略。箭頭的指向代表廢水的流向，其流向?yàn)閺淖笸摇?/p>

圖

2電廠廢水處理系統(tǒng)工藝流程圖

2．項(xiàng)目方案

為保證廢水處理系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行，該項(xiàng)目中控制器、執(zhí)行器、監(jiān)控組態(tài)部分均采用西門子系列產(chǎn)品，主要有以下幾部分：

a.負(fù)載電源模塊(PS)：PS 307 b.接口模塊(IM)：IM360，IM361 c.中央處理單元(CPU)：CPU315-2DP

d.信號模塊(SM)：數(shù)字量輸入模塊SM321，數(shù)字量輸出模塊SM322，模擬量輸入模塊SM331，模擬量輸出模塊SM332

e.執(zhí)行器：MicroMaster430/420變頻器

f.監(jiān)控組態(tài)軟件：WINCC(Windows Control Center)6.0

三、控制系統(tǒng)構(gòu)成

控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括PLC控制系統(tǒng)部分，系統(tǒng)采集與執(zhí)行器控制部分以及上位機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)部分。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖如圖3所示。

圖

3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

1． 系統(tǒng)硬件配置

在電廠污水處理控制系統(tǒng)中，根據(jù)用戶要求及實(shí)際情況分析，我們采用西門子公司的S7-300系列產(chǎn)品來完成此項(xiàng)目。參照西門子公司提供的產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)，以S7-300系列中的CPU315-2DP實(shí)現(xiàn)控制功能，由于該系統(tǒng)模擬及數(shù)字輸入輸出量較多，采用接口模塊IM360、IM361（主機(jī)架使用IM360，擴(kuò)展機(jī)架使用IM361）連接擴(kuò)展的信號模塊滿足系統(tǒng)要求，其中信號模塊包括若干數(shù)字量輸入模塊 SM321，數(shù)字量輸出模塊 SM322，模擬量輸入模塊SM331，模擬量輸出模塊SM332。

現(xiàn)場多臺工作泵采用西門子MicroMaster430變頻器，MicroMaster430變頻器除了具有第四代變頻器的特點(diǎn)以外，還具有應(yīng)用于風(fēng)機(jī)和泵類的硬件和軟件特征，尤其適合用于風(fēng)機(jī)和水泵負(fù)載的控制。使用此種型號的變頻器可以節(jié)約能源消耗，降低運(yùn)行噪聲，對環(huán)境起到很好的保護(hù)作用。

電廠污水處理控制系統(tǒng)的輸入輸出信號主要分成4個(gè)部分，放在三個(gè)相連的導(dǎo)軌上：

? 模擬量輸入：一站集水池液位，二站集水池液位，清水池液位，污泥池液位，過渡水池液位，溶藥箱液位，流量計(jì)和四個(gè)進(jìn)化器的濁度和壓差。

? 模擬量輸出：四個(gè)控制變頻器（一站收集水泵、回用水泵、加藥計(jì)量泵a、加藥計(jì)量泵b）。? 數(shù)字量輸入：分為各個(gè)水泵風(fēng)機(jī)的運(yùn)行，故障反饋信號，手/自動(dòng)選擇信號；各個(gè)閥門的手動(dòng)開，關(guān)控制信號，故障反饋信號和手/自動(dòng)選擇信號。

? 數(shù)字量輸出：分別為對各個(gè)水泵、風(fēng)機(jī)的開、關(guān)、復(fù)位輸出控制信號；各個(gè)閥門的開，關(guān)輸出控制信號；變頻器的啟動(dòng)，復(fù)位控制信號。

系統(tǒng)配置了操作員站和工程師站，操作員站的上位機(jī)采用研華科技的610H工控機(jī)，監(jiān)控系統(tǒng)使用西門子WINCC監(jiān)控組態(tài)軟件，它不僅能很好的支持S7系列的CPU，還集成了多種網(wǎng)絡(luò)連接方式，使上位機(jī)與自動(dòng)化系統(tǒng)的連接工作非常方便。而且它提供了適用于工業(yè)的圖形顯示、消息報(bào)警、過程值歸檔以及報(bào)表打印等模塊，具有高性能的過程耦合、快速的畫面更新、以及可靠的數(shù)據(jù)管理功能。圖4所示為WINCC組態(tài)示意圖。

圖4 WINCC組態(tài)示意圖

2．控制方案選擇

在采用本系統(tǒng)實(shí)施方案前，客戶擬采用CPU315模塊及通信處理器模塊CP343-1實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)要求，由于CP343-1有其自身的處理器可連接SIMATIC S7-300和工業(yè)以太網(wǎng)等，可獨(dú)立處理數(shù)據(jù)通信，這樣使得系統(tǒng)可擴(kuò)展性增強(qiáng)。由于考慮到項(xiàng)目總體預(yù)算及成本，本方案將前方案中CPU315模塊換為CPU315-2DP，并省去通信處理器模塊CP343-1，這樣既滿足了系統(tǒng)要求，又減少了系統(tǒng)模塊，綜合計(jì)算后為項(xiàng)目開發(fā)節(jié)約了不少硬件開支。

四、控制系統(tǒng)完成的功能

1．控制系統(tǒng)功能及指標(biāo)（1）軟件實(shí)現(xiàn)

根據(jù)工藝，整個(gè)系統(tǒng)的程序由下列幾個(gè)部分組成：1#集水池、2#集水池、清水池、調(diào)節(jié)水池、凈化器正洗、凈化器反洗、加藥、凈化器停止。每個(gè)程序都可以單獨(dú)控制和單獨(dú)運(yùn)行，同時(shí)每個(gè)程序又是系統(tǒng)的組成部分，它們之間互相有數(shù)據(jù)的傳輸。它們組合在一起動(dòng)作就構(gòu)成了完整的PLC控制系統(tǒng)程序。下圖5為工業(yè)部分現(xiàn)場圖：

圖5 工業(yè)現(xiàn)場

程序中編程采用STEP 7軟件。這套軟件不僅是一個(gè)簡單的程序編寫軟件，還集成了硬件組態(tài)、網(wǎng)絡(luò)組態(tài)、系統(tǒng)調(diào)試、項(xiàng)目管理等各種功能，使項(xiàng)目的實(shí)施更加方便。在本控制系統(tǒng)的完成過程中，主要進(jìn)行了以下幾部分的程序設(shè)計(jì)（如圖6）：

圖6 項(xiàng)目OB1中程序結(jié)構(gòu)圖

圖6中：DB11-DB14： 對應(yīng)四個(gè)凈化器的正洗背景數(shù)據(jù)塊

DB15-DB18： 對應(yīng)四個(gè)凈化器的反洗背景數(shù)據(jù)塊 DB19-DB22： 對應(yīng)四個(gè)凈化器的停止背景數(shù)據(jù)塊 ? 由 廢水處理的工藝流程可以知道，廢水在經(jīng)過一系列的水池后最終進(jìn)入四個(gè)廢水凈化器，在凈化器里經(jīng)過工藝的處理后排放到清水池中。從程序角度看，四個(gè)廢水凈化 器的控制流程一致，因此沒有必要為每個(gè)凈化器編寫一段代碼，只需編寫一個(gè)函數(shù)塊，讓它們都調(diào)用即可。為此，對于在凈化器中的正洗、反洗和停止流程都編寫了 一個(gè)程序塊，分別是FB11，F(xiàn)B12，F(xiàn)B13。對于每個(gè)凈化器來說只要分別調(diào)用相同的函數(shù)塊就行，對于每個(gè)凈化器中不同狀態(tài)的數(shù)據(jù)是利用其不同的數(shù)據(jù)塊來加以區(qū)別的。這樣在整個(gè)程序中即保持了流程的統(tǒng)一性，即減少了程序代碼，節(jié)約了存儲空間，又方便維護(hù)和修改。

? 模擬量信號因?yàn)槠湓趥鬏斶^程中有可能會(huì)受到其它信號的干擾，而可能出現(xiàn)較大幅度的瞬間變化，而這些值對于系統(tǒng)來說是毫無用處的，甚至有些還可能引起系統(tǒng)的異常運(yùn)行。由于模擬量總是隨著時(shí)間連續(xù)變化的，所以可以利用濾波算法把瞬間變化的干擾信號過濾掉，把有用的數(shù)據(jù)傳輸給PLC控制系統(tǒng)處理。在廢水處理控制系統(tǒng)中由于所要求數(shù)據(jù)處理速度不快，精度也是不要求太高，只是為了防止突然間信號的瞬間變化影響到系統(tǒng)中程序?qū)λ|(zhì)，濁度的判斷，所以在系統(tǒng)中使用算術(shù)平均濾波算法，算法處理簡單，可靠性高，程序編寫方便。在程序中定義了FB21作為濾波處理算法的功能塊，相當(dāng)于函數(shù)一樣，參數(shù)的傳遞是Analog_in變量，返回值是Analog_out變量。事實(shí)證明這種算法已經(jīng)能夠滿足現(xiàn)場的實(shí)際需要，取得了良好的效果。

? 本控制系統(tǒng)使用的CPU 315-2DP中沒有集成相應(yīng)的系統(tǒng)功能塊，故程序中使用FB41 “CONT_C”作為PID控制功能塊。CONT_C可以在S7系列PLC中實(shí)現(xiàn)對于連續(xù)輸入輸出變量的PID控制。CONT_C中的PID控制環(huán)節(jié)為增量式PID環(huán)節(jié)，相關(guān)參數(shù)可以通過輸入?yún)?shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。PID控制程序塊與模擬量濾波算法一樣都放在定時(shí)中斷OB35中，它們一個(gè)是輸入濾波，一個(gè)是輸出控制，這樣可以準(zhǔn)確地掌握程序運(yùn)行時(shí)間，提高控制精度。

（2）硬件實(shí)現(xiàn)

電廠污水處理控制系統(tǒng)的輸入輸出信號主要分成4個(gè)部分，分別為模擬量輸入、輸出，數(shù)字量輸入、輸出，并放在三個(gè)相連的導(dǎo)軌上，如圖7所示：

圖7 實(shí)際系統(tǒng)的機(jī)架結(jié)構(gòu)圖

輸入輸出的硬件接口是也是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一部分，它反映的是PLC輸入輸出與現(xiàn)場設(shè)備之間的連接，只有正確連接安裝才能使得PLC讀取到數(shù)字量和模擬量，連接方法的不同可以有效地防止現(xiàn)場的干擾，保證數(shù)據(jù)的正確性。對于SM321的數(shù)字輸入量模塊，在15-25V直流電壓以內(nèi)都能檢測到信號。由于現(xiàn)場的執(zhí)行器也是發(fā)出的直流信號，因此把其直接和現(xiàn)場的開關(guān)設(shè)備連接來接收開關(guān)信號量，圖8給出了的數(shù)字量輸入模塊接口示意圖。

圖8 數(shù)字量輸入接線原理圖

數(shù)字量輸出選用晶體管輸出模塊SM322，晶體管輸出的響應(yīng)時(shí)間短、壽命長、輸出口密度高，但是其只能帶直流負(fù)載而且?guī)лd能力弱。同時(shí)為了使PLC的輸出和現(xiàn)場回路之間隔離，在輸出端使用了繼電器，通過繼電器觸點(diǎn)控制現(xiàn)場負(fù)載。這樣使控制器與現(xiàn)場達(dá)到了電氣隔離的作用，大大提高了系統(tǒng)的安全性，同時(shí)也使輸出口帶載能力得到了大大的增強(qiáng)。在繼電器旁邊加二極管泄放反電勢能量，起到保護(hù)輸出口的作用。圖9給出了數(shù)字量輸出模塊接口示意圖。

圖9 數(shù)字量輸出接線原理圖

SM331采用4-20mA電流輸入連接到傳感器上，采集系統(tǒng)模擬量數(shù)據(jù)。圖10給出了模擬量輸入模塊接口示意圖。

圖10 模擬量輸入接線原理圖

SM332輸出0-10v電壓連接到變頻器直接給控制信號。圖11給出了模擬量輸出模塊接口示意圖。

圖11 模擬量輸出接線原理圖

2．系統(tǒng)的監(jiān)控與管理

系統(tǒng)采用WINCC5.2監(jiān)控組態(tài)軟件在研華科技的610H工控機(jī)上實(shí)現(xiàn)監(jiān)控與管理，為生產(chǎn)與安全帶來極大的方便。

經(jīng)過設(shè)計(jì)，整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)提供了如下的功能：(1)在線自動(dòng)監(jiān)視

系統(tǒng)可對廢水處理裝置的各項(xiàng)儀表數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的在線監(jiān)視，并且生動(dòng)直觀的反應(yīng)在監(jiān)控界面上面。系統(tǒng)的刷新數(shù)據(jù)是1秒，歷史的保存間隔是2分鐘。圖12為廢水處理系統(tǒng)工藝監(jiān)控界面。

圖12 廢水處理系統(tǒng)工藝監(jiān)控界面

(2)在線手動(dòng)控制

系統(tǒng)可提供在線實(shí)時(shí)的對參與控制的各電動(dòng)閥門和泵的手動(dòng)控制操作。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行中需要進(jìn)行維護(hù)或執(zhí)行其它控制時(shí)，可以在線實(shí)時(shí)的對各個(gè)設(shè)備手動(dòng)的單獨(dú)控制，而不影響其它設(shè)備的正常自動(dòng)運(yùn)行。

(3)工藝參數(shù)在線實(shí)時(shí)設(shè)定

系統(tǒng)可以提供在線的實(shí)時(shí)參數(shù)修改，當(dāng)在運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)工藝需要改進(jìn)或其它問題，可以由操作員在線改變系統(tǒng)的參數(shù)，以使系統(tǒng)工作在最優(yōu)的控制狀態(tài)中，如圖13。

圖13 工藝參數(shù)設(shè)定

(4)故障診斷和報(bào)警 系統(tǒng)可對以下故障自動(dòng)診斷，并發(fā)出預(yù)防性的報(bào)警。

報(bào)警高限：實(shí)時(shí)參數(shù)異常偏大，大于設(shè)定值，是該監(jiān)測點(diǎn)處于高報(bào)警。報(bào)警底限：實(shí)時(shí)參數(shù)異常偏小，小于設(shè)定值，是該監(jiān)測點(diǎn)處于低報(bào)警。

報(bào)警：當(dāng)實(shí)時(shí)參數(shù)出現(xiàn)異常時(shí)，相應(yīng)的監(jiān)測點(diǎn)通過顏色的變化，提醒操作員注意，進(jìn)行相關(guān)的操作，若需要可以配合聲音報(bào)警。故障報(bào)警界面如圖14。

圖14 故障報(bào)警界面

(5)利用歷史曲線查詢分析遠(yuǎn)程模擬量的情況

利用歷史曲線，可隨時(shí)針對各個(gè)運(yùn)行點(diǎn)的情況，結(jié)合本時(shí)間各監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)，分析系統(tǒng)的運(yùn)行情況，凈水器的運(yùn)行狀態(tài)。

運(yùn)行過程中，系統(tǒng)將自動(dòng)生成數(shù)據(jù)報(bào)表，并將數(shù)據(jù)報(bào)表保存在歷史數(shù)據(jù)庫中，以便隨時(shí)查詢歷史記錄。圖15所示為趨勢曲線界面。

圖15 趨勢曲線界面

(6)報(bào)表的打印

報(bào)表打印可以根據(jù)操作員的要求，生成符合要求的系統(tǒng)報(bào)表，并且打印。也可以設(shè)定讓系統(tǒng)自動(dòng)的根據(jù)間隔的時(shí)間實(shí)時(shí)的打印報(bào)表。圖16所示為報(bào)表打印界面。

圖16 報(bào)表打印界面

(7)系統(tǒng)指標(biāo) 系統(tǒng)的數(shù)字量輸入點(diǎn)為227個(gè) 系統(tǒng)的數(shù)字量輸出點(diǎn)為125個(gè) 系統(tǒng)的模擬量輸入點(diǎn)為15個(gè)通道 系統(tǒng)的模擬量輸出點(diǎn)為4個(gè)通道 系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)刷新時(shí)間為1秒

歷史數(shù)據(jù)的保存及報(bào)表顯示：根據(jù)硬盤存儲器的大小來決定保存的時(shí)間。保存的間隔為2分鐘，初步估計(jì)可以有效存儲13年左右。

3．項(xiàng)目亮點(diǎn)及難點(diǎn)實(shí)現(xiàn)(1)WINCC定時(shí)器問題

在定時(shí)器的使用過程中，由于設(shè)定的定時(shí)時(shí)間是需要根據(jù)實(shí)際的工藝來調(diào)整的，為此不能在定時(shí)器中使用常量定時(shí)時(shí)間。要新建DB25數(shù)據(jù)塊，建立變量的參數(shù)時(shí)間選擇TIME數(shù)據(jù)類型，它是一個(gè)32位的數(shù)據(jù)，T#1D_1H_1M_1S_1MS，前面是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的例子，表示定時(shí)時(shí)間為1天1小時(shí)1分1秒1毫秒。使用可變參數(shù)是為了和WINCC中通訊，使得現(xiàn)場操作員可以根據(jù)當(dāng)前水質(zhì)等一系列變化調(diào)整時(shí)間值，由于在WINCC中沒有TIME這個(gè)數(shù)據(jù)類型，只能用DWORD32位整型類型來操作，這就涉及到了兩個(gè)數(shù)據(jù)類型的轉(zhuǎn)換的問題。根據(jù)實(shí)際情況所得TIME中的1s=1000(DWORD型)。為了減少STEP7中數(shù)據(jù)的處理量，在WINCC中使用C腳本對數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理。WINCC中的時(shí)間以分為單位，因此1M=1s*60=1000*60=60000(DWORD型)。

(2)數(shù)據(jù)網(wǎng)上發(fā)布平臺

本項(xiàng)目中設(shè)計(jì)了系統(tǒng)數(shù)據(jù)的網(wǎng)上發(fā)布平臺，在這里有兩種方案可以考慮，一是利用西門子公司提供的WINCC Web Navigator軟件開發(fā)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)；二是利用Delphi軟件來開發(fā)網(wǎng)絡(luò)瀏覽系統(tǒng)。由于項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)限制，我們采取了第二種方案。通過這種方案，界面的設(shè)計(jì)，和本地化系統(tǒng)的集成就都掌握在設(shè)計(jì)者手中，使得最后的系統(tǒng)能過符合客戶的要求，人性化，易用性都比較高，而開發(fā)成本也在控制之中。

（3）WINCC中動(dòng)態(tài)報(bào)表的設(shè)計(jì)

在實(shí)際項(xiàng)目中雖然WINCC提供了變量趨勢顯示、報(bào)表功能，滿足了簡單的歸檔數(shù)據(jù)訪問要求，但不能完成該廢水處理工程項(xiàng)目提出的復(fù)雜數(shù)據(jù)處理要求（如：進(jìn)行有條件的查詢和打印，任意時(shí)間、任意區(qū)段的查詢等）。因此，在設(shè)計(jì)過程中對歸檔數(shù)據(jù)復(fù)雜查詢技術(shù)進(jìn)行了研究。WINCC是一個(gè)全面開放的組態(tài)軟件，它可方便地集成標(biāo)準(zhǔn)Windows應(yīng)用的對象、函數(shù)和文檔；提供了訪問所有WINCC功能的API編程接口；集成了OLE/OCX和ActiveX對象；它允許通過標(biāo)準(zhǔn)接口（標(biāo)準(zhǔn)SQL數(shù)據(jù)庫）訪問歸檔數(shù)據(jù)庫；通過DDE、OPC接口與其它Windows程序進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。這些開放性為自行擴(kuò)展和進(jìn)一步豐富WINCC軟件的功能、解決該工程問題提供了可能。在本項(xiàng)目中應(yīng)用ActiveX技術(shù)實(shí)現(xiàn)WINCC歸檔數(shù)據(jù)復(fù)雜查詢解決該工程問題是可行的：根據(jù)用戶對控制系統(tǒng)有條件查詢、打印的要求，運(yùn)用Delphi設(shè)計(jì)ActiveX控件，然后在WINCC中調(diào)用該控件，最終實(shí)現(xiàn)WINCC不能完成的復(fù)雜歸檔數(shù)據(jù)訪問任務(wù)。

圖ActiveX控件的界面

五、結(jié)束語

系統(tǒng)于2004年10月投入運(yùn)行，兩年來系統(tǒng)運(yùn)行良好，未進(jìn)行任何維修，電廠廢水達(dá)到了零排放，大大提高了水的利用率。

六、應(yīng)用體會(huì)

在項(xiàng)目進(jìn)行的過程中，西門子在工控領(lǐng)域中安全、可靠、成熟、高效的產(chǎn)品及解決方案為項(xiàng)目的順利進(jìn)行提供了保證和保障。西門子的TIA理念及產(chǎn)品特點(diǎn)，著眼于整個(gè)工廠的控制和管理，采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)一的編程組態(tài)平臺、統(tǒng)一的通訊規(guī)范和靈活的結(jié)構(gòu)配置，從另一側(cè)面保證了項(xiàng)目的順利完成。

本項(xiàng)目使用了WINCC監(jiān)控軟件，由于軟件優(yōu)越的開放性，解決了項(xiàng)目中的監(jiān)控方面的難點(diǎn)問題，如WINCC中動(dòng)態(tài)報(bào)表的設(shè)計(jì)等功能。而統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)編程語言及現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用，以及項(xiàng)目中軟硬件設(shè)計(jì)的模塊化，更體現(xiàn)了本系統(tǒng)的可擴(kuò)展性與可維護(hù)性。附：參考文獻(xiàn) 肖萍．火電廠排放廢水的處理與回用．江蘇環(huán)境科技．1998(3)：18-19 2 STEP 7 V5.2 編程手冊．SIEMENS AG．2002 S7-300可編程序控制器硬件和安裝手冊．SIEMENS AG．2004 4 WINCC編程指南．SIEMENS AG．1998 求是科技．Visual Basic 6.0數(shù)據(jù)庫開發(fā)技術(shù)與工程實(shí)踐．人民郵電出版社，2004

第四篇：化纖造紙廢水處理工藝研究

化纖造紙廢水處理工藝研究

摘 要：本文介紹了處理化纖廢水的工藝和流程、工程參數(shù)以及處理工藝的調(diào)試和實(shí)際運(yùn)行狀況。

關(guān)鍵詞：化纖造紙廢水；市政污水處理工藝；設(shè)計(jì)方式

一、造紙廢水概況

污水處理廠面對的排污企業(yè)，主要為化纖和印染制造廠、造紙廠、各種類型的化工廠等。此外，污水處理廠還負(fù)責(zé)處理市區(qū)居民日常生活中排放的廢水。通過測量工業(yè)污水的總量，并分析處理項(xiàng)目調(diào)查結(jié)果，可以得知處理廠的設(shè)計(jì)規(guī)模，以及進(jìn)入廢水處理流程的工業(yè)污水比重大小。

市區(qū)內(nèi)的化纖造紙企業(yè)為了使排放的污水符合質(zhì)量指標(biāo)，在污水進(jìn)入市政處理環(huán)節(jié)之前，已經(jīng)對污水預(yù)先進(jìn)行了處理。對企業(yè)排放污水的調(diào)查結(jié)果顯示：化纖廢水的質(zhì)量浮動(dòng)明顯，色度比其他種類的廢水高；同時(shí)，污水中含有的各種化學(xué)元素含量也較高。

纖維廢水中含有的污染物質(zhì)，主要包括各種難以溶解的纖維、色素和有機(jī)污染物等。這種顏色較深、含有許多懸浮物質(zhì)，且成分復(fù)雜的纖維廢水，是污水處理的主要對象。在洗滌和漂白階段，產(chǎn)生的廢水中含有大量的纖維素、木質(zhì)素和難以被生物分解的樹脂酸鹽。從抄紙機(jī)內(nèi)流出的纖維污水中，也含有較多纖維成分，以及在造紙流程中添入的膠料和其他填料。

我們對某市政污水處理項(xiàng)目進(jìn)行了調(diào)查。這一項(xiàng)目需要處理的廢水量較大，且生活廢水對這種工業(yè)污水的稀釋作用又不強(qiáng)。在進(jìn)行混合之后，污水中BOD和COD的比值仍然低于0.3。這說明此類污水屬于難以被降解的廢水，接收到的工業(yè)污水已經(jīng)通過了第一道程序的生化處理，余下的污染物質(zhì)多為有機(jī)物，含有很難被降解的較穩(wěn)定苯環(huán)和氮含量較多的雜環(huán)物質(zhì)。這些幾乎無法處理的聚合類物質(zhì)，會(huì)對水質(zhì)造成很大干擾。工業(yè)污水中含有較多的粘膠狀纖維和化纖，顏色程度較高。即便是被生活污水稀釋之后，這種廢水自身的色度仍然在150倍左右。

從造紙廢水的特征中，可以大致提煉出設(shè)計(jì)技術(shù)方面的重點(diǎn)：由于待處理的廢水成分復(fù)雜，包含了多種很難降解的有機(jī)成分，且色度很高，因此，要選擇針對性強(qiáng)的工藝流程，確保污水處理符合標(biāo)準(zhǔn)。我們可以將處理工藝的對比和處理廠設(shè)計(jì)方式作為研究重點(diǎn)。

二、工藝中試環(huán)節(jié)

排入市政管道的工業(yè)廢水，所含成分往往十分復(fù)雜，處理起來比較困難。因此，造紙廢水進(jìn)入市政處理環(huán)節(jié)之前，需要符合特定的要求；處理廢水的專業(yè)化技術(shù)應(yīng)當(dāng)滿足標(biāo)準(zhǔn)。工業(yè)污水的處理效果，涉及到環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益，以及處理過程對周圍環(huán)境的影響。在對處理工藝進(jìn)行具體設(shè)計(jì)之前，需要中試同種類市政處理廠的處理效益，在此基礎(chǔ)上確定可行性強(qiáng)的處理方案。

（一）操作步驟

第一步是對污水進(jìn)行預(yù)先處理。為了確保這一處理步驟的順利進(jìn)行，并實(shí)現(xiàn)理想的處理效益，應(yīng)當(dāng)首先對污水進(jìn)行預(yù)先處理，提高廢水的可生化特性。建議選擇水解酸化的處理方式，因?yàn)檫@種方式可以借助厭氧的微生物，來分泌出一種酶物質(zhì)，加速大分子的污染物質(zhì)向小分子的物質(zhì)轉(zhuǎn)變，提升污水的降解幾率，加強(qiáng)可生化性。這種工藝流程有效利用了某些厭氧物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)，縮短了水解過程和酸化過程的時(shí)間。用來進(jìn)行水解處理和酸化處理的細(xì)菌，基本是厭氧型和兼氧型的細(xì)菌。因此，這種化學(xué)反應(yīng)所需要的氧氣含量低，能夠節(jié)約資源，且對于有機(jī)負(fù)荷的承受能力較強(qiáng)。

第二步是采用生化方式進(jìn)一步處理。二級生化處理過程的主要任務(wù)，是去除較多的COD。因此，強(qiáng)化生化處理是處理流程的重要部分。對于這種技術(shù)的模擬，目標(biāo)是對技術(shù)方案進(jìn)行比較，并選擇合適的一種方案。

第一種方案是在處理池中加入生物性質(zhì)的助劑，如功能特殊的菌種或這些細(xì)菌產(chǎn)生的蛋白酶物質(zhì)。生物性質(zhì)的助劑已經(jīng)被推廣采用，其處理成效明顯。例如：某造紙廠排放的污水，在加入助劑之前，去除COD的含量僅達(dá)到了60%；但是在加入了助劑之后，可以除掉約為75%的COD。

第二種方案是加入活性的炭物質(zhì)。對于近似處理廠的調(diào)查顯示：廢水的可生化特征不顯著，微生物不能取得容易被降解的碳物質(zhì)，因此，微生物的繁殖會(huì)被抑制，生物含量會(huì)下降，水池中污泥的含量低，難以滿足要求。基于這樣的考慮，可以在處理池中加入特定量的活性炭物質(zhì)，用來去除污染物中的有機(jī)物，并作為微生物附著的載體。充足的反應(yīng)時(shí)間，可以確保生化降解過程在炭物質(zhì)的縫隙中實(shí)現(xiàn)，降解一些成分多樣的有機(jī)物，產(chǎn)生出針對性強(qiáng)的特殊菌種。

第三步是深度處理造紙廢水。這種處理的目標(biāo)，是除掉廢水的色度，并對殘留的COD進(jìn)行進(jìn)一步去除。通常情況下，可以遵循混凝沉淀——消毒——過濾的處理流程。

（二）操作方案

通過對處理對象的深入研究，依據(jù)可行性強(qiáng)、節(jié)約資金的基本原則，可以確定具體中試方案：水解酸處理——對氧化溝進(jìn)行改良——進(jìn)入沉淀池處理。將試驗(yàn)裝置的流量設(shè)定為每小時(shí)100L，進(jìn)入裝置的水源來自沉砂池流出的水，污泥來自處理廠內(nèi)部各種構(gòu)筑物的殘留物。

研究中試結(jié)果的目的包括：確定各種技術(shù)方案的優(yōu)勢和缺陷；選取合適的階段性設(shè)計(jì)參數(shù)，并確定合理的藥物投放含量，為下一步的設(shè)計(jì)方式提供科學(xué)根據(jù)；比較不同工藝設(shè)計(jì)方式的資金消耗，綜合衡量方案的可行性與經(jīng)濟(jì)性；依據(jù)分析結(jié)果，選擇最適合本次處理的工藝設(shè)計(jì)方式。

（三）操作結(jié)果

如果不加入藥劑，則經(jīng)過處理的廢水中COD含量浮動(dòng)范圍為每升56毫克到84毫克，色度浮動(dòng)范圍為25倍到40倍。經(jīng)過處理的廢水中COD達(dá)標(biāo)天數(shù)較少，主要原因是：生化處理池中含有的微生物較少，處理效率不高；進(jìn)入處理廠的水源含有很難被降解的有機(jī)聚合物質(zhì)，這種物質(zhì)適合采用吸附方式除掉，經(jīng)過深度處理之后，去掉混凝沉淀物質(zhì)的比例較小。造紙廢水的平均色度超過了標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過試驗(yàn)和分析，得知產(chǎn)生色度的物質(zhì)多數(shù)為很難形成微粒的溶于水的染料，余下的指標(biāo)都相對穩(wěn)定。改良性質(zhì)的氧化溝在去除氮和磷方面成效明顯，生化系統(tǒng)本身的緩沖作用也不容忽視。

能夠影響生化處理效果的物質(zhì)還包括助劑物質(zhì)。如果投入少量的生物助劑，能夠提升約為4%的COD去除量。這種處理方式，除去個(gè)別的高含量天數(shù)之外，都能夠符合處理標(biāo)準(zhǔn)，但是不利于去掉色度。由于化纖污水中含有很多有機(jī)成分的染料，這些染料內(nèi)部分子構(gòu)成相差較大，而助劑只能針對單一種類的染料，因此，總體的處理效果并不十分理想，對于色度的降低幅度也不夠大。

將活性炭加入到改良性質(zhì)的氧化溝之后，可以有效提升COD的去除概率，以及廢水中微生物的含量數(shù)值。這是因?yàn)樘课镔|(zhì)可以吸附大量的纖維、聚合物以及有機(jī)分子。這部分炭物質(zhì)可以作為微生物附著的載體，反復(fù)流動(dòng)在氧化溝內(nèi)部，經(jīng)歷氧的交互環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化反應(yīng)的目標(biāo)。在有效除去廢水中的COD和色度之后，可以穩(wěn)定住出水的質(zhì)量指標(biāo)，進(jìn)而確保工藝流程的順利實(shí)現(xiàn)。

造紙廢水的色度和COD具有某些相關(guān)性，加入活性炭可以產(chǎn)生雙重的處理效果。每一種設(shè)計(jì)方案在投入的資金總量上差別不大，只是藥劑價(jià)格方面有差異，但是這部分差異在總體資金中所占的比例較低。因此，我們需要綜合對比設(shè)計(jì)方案產(chǎn)生的費(fèi)用，以及運(yùn)行流程的經(jīng)濟(jì)程度。

圖1

三、常見問題及解決

作為調(diào)查對象的市政污水處理廠從投入運(yùn)行開始，沒有出現(xiàn)嚴(yán)重問題，保證了造紙廠廢水處理程序的順暢。用于處理污水的設(shè)施整體上處于良好運(yùn)行狀態(tài)，然而，仍然有一些需要解決的問題：

首先是清液的回流問題，主要包括濃縮池和淤泥脫水產(chǎn)生的清液。如果將這兩種清液回流到格柵之前，和進(jìn)入系統(tǒng)的污水一起流入生化處理環(huán)節(jié)，則會(huì)導(dǎo)致液體中的化學(xué)成分不斷堆積在氧化溝內(nèi)部，改變微生物得以存在的化學(xué)環(huán)境。例如：聚合物PAM不容易被降解，且這種物質(zhì)的單體有毒害作用。這就破壞了微生物的活性，導(dǎo)致從處理廠流出的污水質(zhì)量不佳。對于這種情況，可以將液體引入密度較高的沉淀池內(nèi)部，在配水井內(nèi)進(jìn)行物化處理，經(jīng)過循環(huán)改善微生物生存的液體環(huán)境。其次是在PAM中加入藥物的問題。在加入處理藥物時(shí)，要確保藥物濃度符合特定數(shù)值，并采用單獨(dú)的管線來加入藥物。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，如果管道被阻塞，則會(huì)阻斷藥物的投入，影響到沉淀池對于污水的處理作用。在某些時(shí)段內(nèi)，從系統(tǒng)中流出的污水達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。為了增強(qiáng)藥物投入系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，可以考慮采用兩根管線來添加藥物。為了提升淤泥處理設(shè)備的脫水效率，可以加設(shè)污泥濃縮裝置，限定濃縮所消耗的時(shí)間。這樣做能區(qū)分生化性質(zhì)的淤泥和化學(xué)成分的淤泥，將它們分開處理，防止彼此干擾。

結(jié)語

通過完善市政處理化纖污水的工藝，改進(jìn)了處理方式，節(jié)約了污水處理的資金，并提升了污水處理和回收利用的效率。經(jīng)過處理之后，化纖造紙污水中有害的化學(xué)成分被分解，污水質(zhì)量已經(jīng)符合地方標(biāo)準(zhǔn)。目前，大部分城市地區(qū)處理化纖廢水的設(shè)備還不夠先進(jìn)，處理工藝也有待改進(jìn)。應(yīng)當(dāng)總結(jié)污水處理工作的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，以此為基礎(chǔ)來設(shè)計(jì)更加高效的處理方式，保護(hù)市區(qū)環(huán)境清潔和居民健康。

參考文獻(xiàn)

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第五篇：有機(jī)場效應(yīng)晶體管和研究

有機(jī)場效應(yīng)晶體管的研究

摘要：有機(jī)場效應(yīng)晶體管(Organic Field Effect Transistors,OFETs)是以有機(jī)半導(dǎo)體材料作為有源層的晶體管器件。和傳統(tǒng)的無機(jī)半導(dǎo)體器件相比，由于其可應(yīng)用于生產(chǎn)大面積柔性設(shè)備而被人們廣泛的研究，在有機(jī)發(fā)光、有機(jī)光探測器、有機(jī)太陽能電池、壓力傳感器、有機(jī)存儲設(shè)備、柔性平板顯示、電子紙等眾多領(lǐng)域具有潛在而廣泛的應(yīng)用前景。文中對OFET結(jié)構(gòu)和工作原理做了簡要介紹，之后重點(diǎn)討論了最近幾年來OFET中有機(jī)材料和絕緣體材料的發(fā)展?fàn)顩r，接著總結(jié)了OFET制備技術(shù)，最后對OFET發(fā)展面臨問題及應(yīng)用前景做了歸納和展望。關(guān)鍵詞：有機(jī)半導(dǎo)體材料；有機(jī)場效應(yīng)晶體管；遷移率;絕緣體材料；柔性面板顯示

0引言

場效應(yīng)晶體管(Field Effect Transistor FET)是利用電場來控制固體材料導(dǎo)電性能的有源器件。由于其所具有體積小、重量輕、功耗低、熱穩(wěn)定性好、無二次擊穿現(xiàn)象以及安全工作區(qū)域?qū)挼葍?yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成為微電子行業(yè)中的重要元件之一。

目前無機(jī)場效應(yīng)晶體管已經(jīng)接近小型化的自然極限，而且價(jià)格較高，在制備大表面積器件時(shí)還存在諸多問題。因此，人們自然地想到利用有機(jī)材料作為FET的活性材料。自1986年報(bào)道第一個(gè)有機(jī)場效應(yīng)晶體管(OFET)以來，OFET研究得到快速發(fā)展，并取得重大突破。由于OFET具有以下突出特點(diǎn)而受到研究人員的高度重視：材料來源廣，工作電壓低，可與柔性襯底兼容，適合低溫加工，適合大批量生產(chǎn)和低成本，可溶液加工成膜等。從使用共扼低聚物成功地制造出第一個(gè)有機(jī)場效應(yīng)晶體管，到全有機(jī)全溶液加工的光電晶體管的誕生，這些突破性進(jìn)展對有機(jī)半導(dǎo)體材料的發(fā)展無論從理論上還是工業(yè)生產(chǎn)上都起到了巨大的推動(dòng)作用。

1器件結(jié)構(gòu)、工作原理及性能評定

1.1有機(jī)場效應(yīng)晶體管基本結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的有機(jī)場效應(yīng)晶體管的主要包括底柵和頂柵兩種結(jié)構(gòu)，其中底柵和頂柵結(jié)構(gòu)又分別包括頂接觸和底接觸兩種結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1典型的OFET結(jié)構(gòu)

OFET 一般采用柵極置底的底柵結(jié)構(gòu)，即圖 1(a)、(b)所示的兩種結(jié)構(gòu)，它們分別是底柵-頂接觸結(jié)構(gòu)和底柵-底接觸結(jié)構(gòu)。二者最大的區(qū)別就是有機(jī)層是在鍍電極之前(a頂接觸)還是之后(b底接觸)。頂接觸結(jié)構(gòu)的源、漏電極遠(yuǎn)離襯底，有機(jī)半導(dǎo)體層和絕緣層直接相連，在制作的過程中可以采取對絕緣層的修飾改變半導(dǎo)體的成膜結(jié)構(gòu)和形貌，從而提高器件的載流子遷移率。同時(shí)該結(jié)構(gòu)中半導(dǎo)體層受柵極電場影響的面積大于源、漏電極在底部的器件結(jié)構(gòu)，因此具有較高的載流子遷移率。底接觸型OFET的主要特點(diǎn)是有機(jī)半導(dǎo)體層蒸鍍于源、漏電極之上，且源、漏電極在底部的器件結(jié)構(gòu)可以通過光刻方法一次性制備柵極和源、漏電極，在工藝制備上可以實(shí)現(xiàn)簡化。而且對于有機(jī)傳感器來說，需要半導(dǎo)體層無覆蓋地暴露在測試環(huán)境中，此時(shí)利用底結(jié)構(gòu)就有較大的優(yōu)勢。而底接觸由于半導(dǎo)體層與金屬電極之間有較大的接觸電阻，導(dǎo)致載流子注入效率降低從而影響到其性能。目前這方面缺陷也有改進(jìn)，如使用鍍上聚乙撐二氧噻吩和聚苯乙烯磺酸款(PEDOT：PSS)材料的金電極可以減少與有機(jī)半導(dǎo)體并五苯材料之間的接觸電阻。二者之間載流子注入的阻力由0.85 eV直接降到0.14 eV，導(dǎo)致場遷移率從0.031 cm2 /(V·s)增加到0.218 cm2 /(V·s)。

圖1(c),(d)為頂柵結(jié)構(gòu)，即首先在襯底上制作有機(jī)半導(dǎo)體層，然后制作源、漏電極，隨后再制作絕緣層，最后在絕緣層上面制作柵極。這兩種柵極位于最頂部的頂柵結(jié)構(gòu)在文獻(xiàn)報(bào)道中并不是很多。

圖2是垂直溝道OFET結(jié)構(gòu)，是以縮短溝道長度為目的的一類新型場效應(yīng)晶體管。它以半導(dǎo)體層為溝道長度，依次蒸鍍漏-源-珊電極，通過改變柵電壓來控制源、漏電極的電流變化。

圖2垂直溝道OFET結(jié)構(gòu)

這種結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是：溝道長度由微米量級降低至納米量級，極大的提高了器件的工作電流，降低了器件的開啟電壓。這類晶體管的不足之處在于漏-源-柵極在同一豎直面內(nèi)，彼此間寄生電容的存在使得零點(diǎn)電流發(fā)生漂移，一般通過放電處理后可以避免這種現(xiàn)象。1.2工作原理

以P型有機(jī)場效應(yīng)0體管(見圖3)為例來說明OFET的工作原理。

圖3 p型OFET工作原理圖

有機(jī)場效應(yīng)晶體管在結(jié)構(gòu)上類似一個(gè)電容器，源、漏電極和有機(jī)半導(dǎo)體薄膜的導(dǎo)電溝道相當(dāng)于一個(gè)極板，柵極相當(dāng)于另一個(gè)極板。當(dāng)在柵、源之間加上負(fù)電壓從VGS后，就會(huì)在絕緣層附近的半導(dǎo)體層中感應(yīng)出帶正電的空穴，柵極處會(huì)積祟帶負(fù)電的電子。此時(shí)在源、漏電極之間再加上一個(gè)負(fù)電壓VDS，就會(huì)在源漏電極之間產(chǎn)生電流IDS通過調(diào)節(jié)VGS和V ns可以調(diào)節(jié)絕緣層中的電場強(qiáng)度，而隨著電場強(qiáng)度的不同，感應(yīng)電荷的密度也不同。因而，源、漏極之間的導(dǎo)電通道的寬窄也就不同，進(jìn)而源、漏極之間的電流也就會(huì)改變。由此，通過調(diào)節(jié)絕緣層中的電場強(qiáng)度就可以達(dá)到調(diào)節(jié)源漏極之間電流的目的。保持VDS不變，當(dāng)VGS較小時(shí)IDS很小，稱為“關(guān)”態(tài)；當(dāng)VGS較大時(shí)，IDS達(dá)到一個(gè)飽和值，稱為“開”態(tài)。1.3主要性能指標(biāo)

對有機(jī)半導(dǎo)體層的要求主要有以下幾個(gè)方面：第一，具有穩(wěn)定的電化學(xué)特性和良好的π共扼體系，只有這樣才有利于載流子的傳輸，獲得較高遷移率；第二，本征電導(dǎo)率必須較低，這是為了盡可能降低器件的漏電流，從而提高器件的開關(guān)比。此外，OFET半導(dǎo)體材料還應(yīng)滿足下列要求：單分子的最低未占分子軌道(LUMO)或最高已占分子軌道(HOMO)能級有利于電子或空穴注入；固態(tài)晶體結(jié)構(gòu)應(yīng)提供足夠分子軌道重疊，保證電荷在相鄰分子間遷移時(shí)無過高能壘。因此，評價(jià)OFET的性能指標(biāo)主要有遷移率、開—關(guān)電流比、閾值電壓3個(gè)參數(shù)。場遷移率是單位電場下電荷載流子的平均漂移速度，它反映了在不同電場下空穴或電子在半導(dǎo)體中的遷移能力；開—關(guān)電流比定義為在“開”狀態(tài)和“關(guān)”狀態(tài)時(shí)一的漏電流之比，它反映了在一定柵極電壓下器件開關(guān)性能的優(yōu)劣。為了實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用，OFET的遷移率一般要求達(dá)到0.O1 cm2 /(V·s)，開—關(guān)比大于10。對于閾值電壓，要求盡量低。OFET發(fā)展至今，電壓由最初的幾十甚至上百伏下降到5 V甚至更低。開關(guān)電流比由102~103提高到109，器件載流子遷移率也由最初的10-5 cm2 /(V·s)提高到了15.4 cm2/(V ? s)。

器件性能通常用輸出特性曲線和轉(zhuǎn)移特性曲線來表征。

圖4是以聚合物PDTT為半導(dǎo)體材料的頂結(jié)構(gòu)OFET輸出特性曲線(a)和轉(zhuǎn)移特性曲線(b)圖。從圖4(a)可以看出漏電流ID在VD絕對值小于20 V范圍內(nèi)隨VD絕對值的增大而增大。圖4(b)中，ID隨著VG負(fù)電壓絕對值的增大而增大。最終計(jì)算出該器件的遷移率為2.2x10 3 cm2 /(V·s)。

圖4頂結(jié)構(gòu)OFET輸出特性曲線及轉(zhuǎn)移特性曲線圖

2有機(jī)半導(dǎo)體材料

目前研究較多的是單極性有機(jī)場效應(yīng)晶體管，根據(jù)有機(jī)半導(dǎo)體層材料的不同可將其分為p型材料和n型材料兩大類。2.1 p-溝道有機(jī)半導(dǎo)體材料

p型半導(dǎo)體材料又稱空穴型半導(dǎo)體材料，即空穴濃度遠(yuǎn)大于自由電子濃度的雜質(zhì)半導(dǎo)體材料，p型有機(jī)材料又分為p型高聚物、p型低聚物、p型小分子3類。常見的p型有機(jī)半導(dǎo)體材料結(jié)構(gòu)見圖5。

圖 5典型 p 型有機(jī)半導(dǎo)體材料化學(xué)結(jié)構(gòu)

2.1.1 p溝道高聚物

高分子聚合物(如烷基取代的聚噻吩等)優(yōu)勢在于可使用涂膜甩膜、LB膜等方法制備。這些制備方法優(yōu)點(diǎn)是工藝簡單、成木低廉，缺點(diǎn)是有機(jī)材料難于提純且有序度較低，從而導(dǎo)致了高分子材料較低的遷移率。聚噻吩(PTh)經(jīng)過真空干燥后作為活性材料空穴遷移率為0.25 cm2 /(V·S)。基于噻吩的聚合物，poly(3-hexylthiophene)(P3HT)被廣泛的研究。烷基可以通過頭-尾(H-T)相連和頭-頭(H-H)相連兩種方式被引入聚噻吩鏈。引入烷基的聚噻吩鏈與基底接觸展不了高度有序的自適應(yīng)薄膜結(jié)構(gòu)。經(jīng)H-T方式引入烷基的P3HT遷移率接近0.2 cm2 /(V ? s)，開關(guān)電流比接近106。使用LB成膜技術(shù)的P3HT遷移率為0.02cm2 /(V?s)。

Takashi Kushida等人對(P3HT)材料做了進(jìn)一步的研究，他們通過旋涂的方法制成的OFET遷移率僅有1.3x10-4cm2 /(V·s)，通過改變成膜方法，采用微接觸打印技術(shù)之后，得到1.6x10-2 cm2 /(V?s)的遷移率，比旋涂成膜方法提高了兩個(gè)數(shù)量級。性能的提高歸因于微接觸打印方法生成的P3HT薄膜表面高度有序，有利于載流子的橫向傳輸。2.1.2 p-溝道低聚物

常見的低聚物有噻嗯齊聚物和噻吩齊聚物等，與高分子聚合物相比，低聚物用于OFET有許多優(yōu)點(diǎn)，如可通過調(diào)整分子的結(jié)構(gòu)和長度來控制載流子的傳輸?shù)取Ｏ嚓P(guān)報(bào)道表明，星形低聚噻吩遷移率為2x10-4 cm2 /(V?s)，開關(guān)電流比達(dá)到102。一系列星形低聚噻吩衍生物也可作為OFET材料。如通過氯仿溶液旋涂得到薄膜，場遷移率達(dá)到1.03x10-3cm2/(V?s)，開關(guān)電流比103。以三基化胺為中心以π共扼噻吩為分支的混合材料也被合成出來，其空穴遷移率為0.011 cm2 /(V?s)。2.1.3 p-溝道小分子

有機(jī)小分子擁有聚合物無法比擬的優(yōu)點(diǎn)：易于提純，減少雜質(zhì)對晶體完整性的破壞，達(dá)到器件所要求的純度；一定的平面結(jié)構(gòu)大大降低了分子勢壘，有利于載流子高速遷移；易形成自組裝多晶膜，降低晶格缺陷，提高有效重疊；較容易得到單晶，極大地提高了場效應(yīng)遷移率。金屬酞菁小分子因具有以上優(yōu)點(diǎn)而被廣泛研究，近幾年取得了很大進(jìn)展。2005年Yasuda等用Ca做電極制備的CuPc(酞菁銅)FET顯示出電子和空穴兩種載流子傳輸性質(zhì)。2007年Opitz等人又提出用酞菁銅和富勒烯混合膜制備OFET的思想，并討論了兩種化合物不同的混合比率所對應(yīng)的各種遷移率和閾值電壓。利用5，50-bis-(7-dodecyl-9H-fluoren-2-yl)-2，20-hithiophene(DDFTTF)作為活性材料制成的OTFT器件空穴遷移率為0.11 cm2 /(V ? s)，開關(guān)電流比為3.1x106cm2 /(V ? s)，具有很高的靈敏度，可用于傳感器材料研究。晶態(tài)并苯化合物的禁帶寬度隨著芳環(huán)數(shù)目的增加而降低，有很強(qiáng)的電荷注入能力，表現(xiàn)出很高的載流子遷移率。載流子的傳輸效率隨著分子的有序調(diào)整或者晶體取向的改善而提高。并苯小分子表現(xiàn)出很好的性能也一直是研究的熱點(diǎn)，尤其是并五苯材料。2008年中科院化學(xué)所采用20 nm厚的聚乙烯基咔唑(PVK)薄膜作為緩沖層，修飾并五苯與SiO2：的界面，制備了并五苯OFETs。結(jié)果表明，PVK緩沖層的加入明顯提高了器件遷移率和開關(guān)比(遷移率約為0.5 cm2 /(V?s)，開關(guān)比約為107；同時(shí)顯著降低了器件的夾斷電壓(器件的夾斷電壓的絕對值都小于20v)。不過有機(jī)小分子溶液粘度太低，難于用溶液法加工成膜，且多數(shù)有機(jī)小分子半導(dǎo)體對環(huán)境較敏感。Raphael等人研究了dithiophene}etrathiafulvalene(DT-TTF)單晶材料的性能，分別制作了以DT-TTF為有機(jī)半導(dǎo)體材料的頂接觸和底接觸OFET兩種器件結(jié)構(gòu)。對比發(fā)現(xiàn)頂接觸結(jié)構(gòu)的性能優(yōu)于底接觸器件結(jié)構(gòu)，研究結(jié)果符合晶體形態(tài)學(xué)。2.2 n-溝道有機(jī)半導(dǎo)體材料

n溝道有機(jī)半導(dǎo)體材料也可稱為電子型半導(dǎo)體。n型半導(dǎo)體即自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度的雜質(zhì)半導(dǎo)體。第一個(gè)n型OFET在1990年被報(bào)道。它采用雙酞菁鉻為場效應(yīng)材料，但器件性能一般，載流子遷移率為2x10-4cm2 /(V·s)。n型有機(jī)半導(dǎo)體材料對氧和濕度較敏感，尤其是有機(jī)陰離子(特別是碳陰離子)很容易和氧發(fā)生反應(yīng)，從而造成場效應(yīng)遷移率低和晶體管工作性能不穩(wěn)定。正因如此，n型有機(jī)場效應(yīng)材料在數(shù)目上大大少于p型有機(jī)場效應(yīng)材料。因此才找高性能，高穩(wěn)定度的n型有機(jī)半導(dǎo)體材料已經(jīng)成為了一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的工作。n型有機(jī)半導(dǎo)體材料也分為n型高聚物、n型低聚物、n型小分子3類。2.2.1 n溝道高聚物

n型高聚物所表現(xiàn)的性能參數(shù)并不是很理想，因此對其研究的相關(guān)報(bào)道很少。梯形聚合物BBL，經(jīng)路易斯酸AlCl3或GaCl3摻雜后遷移率達(dá)到0.06cm2/(v·s)。PCBM 和 PCBM 與 P3HT 的混合物(1∶ 2)作為太陽能電池材料而被廣泛研究，在室溫下的電子遷移率分別為10-3cm2/(V·s)和10-4cm2/(v·s)。2.2.2 n溝道低聚物

第一個(gè)n型低聚物OFET是由全氟烷基低聚噻吩衍生物DFH-6T制備的，在真空條件下其載流子遷移率達(dá)0.24 cm2 /(V·s)。同時(shí)，該小組設(shè)計(jì)并合成了全氟芳基低聚噻吩F一衍生物，在溶液加工條件下制備的OFET室溫時(shí)載流子遷移率達(dá)0.08 cm2 /(V ? s)。這些低聚物表現(xiàn)出獨(dú)特的填充特性，通過溶液處理的低聚物為高度有序的薄膜表現(xiàn)出單晶形態(tài)特性。2005年，Yoon等人合成了含有碳基的n-溝道低聚噻吩。例如DFHCO-4TCO，遷移率大致為0.O1 cm2 /(V·s)，而通過真空蒸鍍成膜DFHCO-4T，電子遷移率達(dá)0.6 cm2 /(V·s)。溶液旋涂發(fā)成膜的DFPCO-4T，也達(dá)到0.24 cm2 /(V ? s)的電子遷移率。2.2.3 n-溝道小分子

n溝道小分子的研究主要集中在并五苯，萘，二萘嵌苯，金屬酞菁，萘酞亞胺，富勒烯以及其衍生物上。最初Katz等人對萘酞亞胺進(jìn)行了研究，但遷移率較低。利用具有可溶特性的萘二酞亞胺(NDI)和花二亞酞胺(PDI)的衍生物制成的場效應(yīng)晶體管電子遷移率分別可達(dá)10-2cm2/(V ? s)和5x10-4 cm2/(V?s)。并且基于PDI衍生物的場效應(yīng)晶體管顯示出雙極性特性。而 Chesterfield等人報(bào)道二烴基取代的二萘嵌苯衍生物PDI8在真空中電子遷移率達(dá)0.6 cm2/(V ? s)，開關(guān)電流比大于105。同樣PDI13通過140 0C鍛燒之后遷移率達(dá)2.1cm2/(V·s)。2，4，6-tris(4-cyano-1，2，5-thiadiazol-3-yl)-1，3，5-triazine(TCTDT)材料由于具有較低的LUMO軌道，有利于電子的注入和傳導(dǎo)，并且TCTDT原子半徑較小，更有利于電子禍合作用力等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛研究和報(bào)道。利用TCTDT材料制成的頂接觸OFET器件電子遷移率為0.04 cm2 /(V?s)，開關(guān)電流比為102，閾值電壓為-18V，并且器件在空氣中具有很高的穩(wěn)定型和重復(fù)性。carbonyl-bridged conjugated compound(C-BTz)材料具有較低的LUMO能級，其分子結(jié)構(gòu)有利于載流子的傳輸。具有較高的空氣穩(wěn)定性。以C-BTz作為活性材料制成的OFET器件載流子遷移率為0.06cm2 /(V?s)，開關(guān)電流比106。n型球狀小分子C60是一種性能很好的材料，具有很好的各相同性固體，不需要像其它有機(jī)半導(dǎo)體一樣特別控制其分子取向。通過溶液加工處理的方法以C60及C70衍生物為半導(dǎo)體材料制成的場效應(yīng)管電子遷移率分別為0.21 cm2/(V·s)和0.1 cm2/(V·s)。C60-ferrocene共扼分子也被作為OFET活性材料研究，使用C60-ferrocene共扼分子制成的OFET器件電子遷移率0.04 cm2 /(V?s)閾值電壓為-22 V。進(jìn)一步研究表明，當(dāng)使用C60-ferroce，共扼分子制成n型OFET器件載流子遷移率高于P型OFET器件，這是因?yàn)镃60作為電子受體，而ferrocene是電子受體，二者之間的傳送帶使得載流子傳送效率更高。

圖6列出了幾種常見的n型有機(jī)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)圖。

圖6典型n型有機(jī)半導(dǎo)體材料分子結(jié)構(gòu) 3絕緣層材料

早期有機(jī)場效應(yīng)晶體管通常采用無機(jī)材料作為介電層材料。例如：Si，SiO2，TiO2，Al2O3等無機(jī)材料具有較高的介電常數(shù)、好的熱力學(xué)穩(wěn)定性、不易被擊穿、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)。但是由于無機(jī)材料不能適應(yīng)柔性加工，不能采用溶液成膜的印刷生產(chǎn)技術(shù)，且其加工尺寸已經(jīng)接近極限，以及成膜太薄會(huì)產(chǎn)生較大的漏電流等缺點(diǎn)。因此，為了實(shí)現(xiàn)未來低成本、大面積、可柔性加工的工業(yè)生產(chǎn)目標(biāo)，使用高性能有機(jī)絕緣體材料來代替無機(jī)材料已成為未來發(fā)展的必然趨勢。對OFET有機(jī)絕緣層材料的選取主要有以下幾點(diǎn)：(1)由于絕緣體是夾在有機(jī)半導(dǎo)體層和柵極之間的三明治結(jié)構(gòu)，所以首先要保證與二者都能很好的相容。(2)要防止靜電荷或者動(dòng)態(tài)電荷注入絕緣層界。(3)具有低的表面陷阱密度，低粗糙度，低摻雜濃度，以及滯后現(xiàn)象盡量小。(4)能適應(yīng)大面積、常溫、柔性、低成本的溶液加工技術(shù)。另外，加工制作時(shí)應(yīng)盡量將柵極全部覆蓋，這樣可以有效防止漏電流。

聚苯乙烯PS和聚甲基丙烯酸甲酯PMMA已被用來作為絕緣層材料。但是它們的電容特性并不理想。聚乙烯醇(PVA)和聚乙烯苯酚(PVP)是兩種應(yīng)用廣泛的聚合物絕緣體材料。2008年Yang等人利用P3 HT作為有機(jī)半導(dǎo)體層，使用PVP和poly(melamine-co-formaldehyde)(PMF)混合物在經(jīng)過200℃熱處理后作為絕緣層材料制成的P3HT-0FET測得載流子遷移率為0.1cm2/(V·s)，閾值電壓2 V，開-關(guān)電流比1.2 x 104。同時(shí)他們又研究了在PVP與PMF混合的絕緣層中以不同比例加入PAG(Photo-acid generator)利用120℃光處理過程制成的OFET，結(jié)果發(fā)現(xiàn)載流子遷移率可達(dá)0.06 cm2/(V?s)閾值電壓降至1.4 V，開關(guān)電流比也提高至3.0×104。高介電常數(shù)的聚合物cyanoethylpullulan(K = 12)也被用來作為絕緣層材料。苯并環(huán)丁烯(BCB)作為絕緣體材料表現(xiàn)出了很低的漏電流特性，但是由于它的高溫需求，使它尚不能被用于生產(chǎn)。Parylene C作為絕緣材料的頂柵和底柵設(shè)備遷移率分別為0.1 cm2 /(V·s)和0.4 cm2 /(V?s)，頂柵結(jié)構(gòu)的遷移率較小是面粗糙度所致。使用聚氧化乙烯(PEO)-高氯酸鋰做為絕緣材料的頂柵結(jié)構(gòu)OFET具有很高的電容特性。近幾年，雜化材料作為絕緣層材料也成為研究的熱點(diǎn)。2008年Kim等人研究了以并五苯為有機(jī)材料，以SnO2 /PVA混合的雜化材料作為絕緣層制成的有機(jī)薄膜晶體管。證明了有機(jī)-無機(jī)雜化材料可以對晶體管起到很好的防護(hù)作用，增強(qiáng)設(shè)備的長期穩(wěn)定性。同年，我國吉林大學(xué)也在絕緣層研究上有突破。該研究小組利用酞菁銅作為有機(jī)半導(dǎo)體材料，研究了以P(MMA-co-GMA)共聚材料作為絕緣層材料制成的晶體管遷移率、開-關(guān)電流比、閾值電壓分別為(1.22×10-

2、7×103、一8V)。性能明顯優(yōu)于僅使用PMMA作為絕緣層材料的晶體管(5.89×10－

3、2 ×103、－15 V)。這些性能的提高是因前者增強(qiáng)了酞菁銅表面的結(jié)晶度所致。常見的有機(jī)絕緣體材料如圖7所示。

圖7典型有機(jī)絕緣體材料分子結(jié)構(gòu) OFET的制備技術(shù)

有機(jī)半導(dǎo)體材料的選取對于有機(jī)場效應(yīng)晶體管的性能影響固然至關(guān)重要，但是器件特性以及性能的好壞在很大程度上也取決于有機(jī)薄膜的結(jié)構(gòu)與表面形態(tài)。高度有序的有機(jī)共扼分子的π鍵在源漏電極方向上得以最大的重疊，以而提高載流子傳輸效率，從而使器件具有較好的性能。有機(jī)薄膜的制備方法通常有真空技術(shù)、溶液處理成膜技術(shù)、單晶技術(shù)等幾種。通常按照原材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)和性能來選取合適的方法。4.1真空鍍膜

真空鍍膜方法是目前使用最為普遍的方法之一。這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是通過控制蒸鍍速率來控制膜的純度和厚度，并實(shí)現(xiàn)膜的高度有序。真空技術(shù)通常包括物理氣相沉積(PVD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、脈沖激光沉積(PLD)、離子濺射四種方法。其中最重要且使用最多的方法是PVD技術(shù)。它是液體或固體物質(zhì)受熱蒸發(fā)或升華轉(zhuǎn)化為氣體后在沉積在基底表面形成薄膜的方法。許多有機(jī)小分子如并五苯很難找到合適的溶劑將其溶解，很難用溶液加工成膜，真空技術(shù)就可以用來成膜。利用并五苯作為有機(jī)材料制成的溝道長度為1 μm的頂接觸OFET在300 k和5.8 k的場遷移率分別為1.11cm2 /(V?s)和0.34 cm2 /(V?s)。開關(guān)電流比分別為107和105，這說明場遷移率也受溫度的影響。但是真空蒸鍍技術(shù)儀器設(shè)備復(fù)雜，成本較高，不適合大面積的工業(yè)化生產(chǎn)。4.2溶液處理成膜

溶液處理成膜技術(shù)被認(rèn)為是制備OFET最具有發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)。它適用于可溶性的有機(jī)半導(dǎo)體材料，結(jié)合大面積印刷技術(shù)可以大大地降低成本。常用的溶液處理成膜技術(shù)主要包括電化學(xué)沉積技術(shù)、甩膜技術(shù)、鑄膜技術(shù)、預(yù)聚物轉(zhuǎn)化技術(shù)、L-B膜技術(shù)、分子自組裝技術(shù)、印刷技術(shù)等。前4種技術(shù)成膜的有序性較差，我們這里主要介紹目前在OFET制備中最具有發(fā)展前景的，成膜有序性較好的后3種技術(shù)。

4.2.1 Langmuir-Blodgett(L-B)膜技術(shù)

具有表面活性的兩親分子溶于易揮發(fā)的溶劑中形成的溶液可以通過在水面上鋪展，而在空氣/水界面形成不溶于水的鋪展膜，通過控制表面壓力將這層膜轉(zhuǎn)移到固體基底上，從而制備單層L-B膜，進(jìn)行多次轉(zhuǎn)移，就可以制備多層膜。它是一種可以在分子水平上精確控制薄膜厚度的成膜技術(shù)。

2009年初我國山東大學(xué)和濟(jì)南大學(xué)共同發(fā)表了一篇以酞菁染料鋪的絡(luò)合物為原料，使用L-B成膜技術(shù)設(shè)計(jì)制成的有機(jī)場效應(yīng)晶體管的文章。參見圖8，以親水的冠醚(a)置于底部，疏水的辛基(b)置于頂部，金屬鋪位于中間，制成的三明治結(jié)構(gòu)圖8(c)。

圖8親水的酞蓄染料冠醚衍生物(a)，疏水的酞蓄染料辛基衍生物(b)及(a)(b)組

成的三明治結(jié)構(gòu)(c)利用L-B膜技術(shù)分別制成的以(HMDS)處理過的SiO2 /Si為基底和以(OTS)處理過SiO2 /Si為基底的頂結(jié)構(gòu)有機(jī)場效應(yīng)晶體管。圖9是它們的原子力顯微技術(shù)圖像(AFM)。

圖9以SiO2/Si為基底的AFM圖像(a)，以HMDS處理過的SiO2/Si為基底的AFM圖像(b)，以O(shè)TS處理過的SiO2/Si為基底的AFM圖像(c)他們對比討論了兩種不同基底OFET性能的差別，可以看出圖9(c)以octadecyltrichlorlsilane(OTS)處理過SiO2 /Si基底更有利于薄膜形態(tài)的有序性，因此顯示了更好的性能。該結(jié)構(gòu)空穴遷移率為0.33 cm2 /(V?s)，開關(guān)電流比為7.91×105。但由于L-B膜技術(shù)在材料設(shè)計(jì)上要求材料具有兩親性，使得對材料的選取和適用上受到了一定的限制。4.2.2分子自組裝技術(shù)

自組裝分子(SAMs)是分子與分子在一定條件下，通過分子與分子間或分子中某一片段與另一片段之間的分子識別，依靠分子間的相互作用力，自發(fā)連接成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的、具有特定排列順序的分子聚集體的過程。分子間相互作用力為分子的自組裝提供必需的能量。自組裝成膜技術(shù)較L-B成膜技術(shù)具有操作更簡單、膜的熱力學(xué)性質(zhì)好、對基質(zhì)沒有特殊限制，且成膜材料廣泛、膜穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，因而它是一種更具廣闊應(yīng)用前景的成膜技術(shù)。有機(jī)薄膜分子的有序程度受接觸面相互作用的影響。使用分子自組裝技術(shù)可以對界面進(jìn)行修飾，從而提高分子排列的有序性進(jìn)而提高器件性能。2008年日本的Hayaka-wa小組使用OTS自組裝分子對SiO2界面進(jìn)行修飾，與沒經(jīng)修飾的OFET進(jìn)行詳細(xì)對比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)經(jīng)OTS-SAM修飾的界面薄膜生長高度有序。其原子力顯微鏡圖像對比如圖10所示。晶體管性能也有很大的提高。然而分子自組裝技術(shù)還會(huì)受到多種因素的影響，如成膜厚度、基片表面性質(zhì)、溶液性質(zhì)等。而構(gòu)筑多層膜時(shí)分子自組裝技術(shù)也不如L-B膜高度有序。

圖10 AFM 圖像(15×15μm2)[(a)－(c)] SiO2表面，[(d)－(f)] OTS表面 4.2.3印刷成膜技術(shù)

尋找簡單、低成本、可大面積生產(chǎn)的印刷成膜技術(shù)將是未來非常有挑戰(zhàn)性且有意義的工作。印刷技術(shù)主要有噴墨打印、微接觸打印兩種。碳納米管能夠適合室溫的噴墨打印生產(chǎn)因而作為制備碳納米管晶體管的材料而被研究。利用超純的高密度的碳納米管作為載流子傳輸層，離子凝膠作為絕緣層，PEDOT作為柵極材料，全部利用噴墨打印技術(shù)，在室溫下以聚酰亞胺為襯底材料制成頂柵結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管。整個(gè)過程沒有進(jìn)行任何表面預(yù)處理工作，最后晶體管展示出很高的工作頻率(大于5GHZ)開關(guān)電流比也超過100。這種能適應(yīng)全室溫全柔性的技術(shù)有希望應(yīng)用于有機(jī)電子電路中。接觸打印技術(shù)是將待成膜的有機(jī)半導(dǎo)體或絕緣體材料的溶液蘸在已設(shè)計(jì)的固定圖案印章上，然后在襯底上生長出特定圖案薄膜。由于要使用固定圖案，對柔性基底的適應(yīng)性就不好。并且打印多層結(jié)構(gòu)時(shí)的精確性不好。4.3單晶技術(shù)

傳統(tǒng)方法制備的OFET半導(dǎo)體層一般都是多晶薄膜，而多晶薄膜的晶界有許多缺陷，造成費(fèi)米能級釘扎，產(chǎn)生電荷勢壘，降低載流子遷移率，影響OF-ET器件性能。而單晶技術(shù)因具有以下優(yōu)點(diǎn)而成為近兩年研究的熱點(diǎn)：(1)高能量帶電粒子，固有的等離子體沉積技術(shù)，決定了有機(jī)半導(dǎo)體表面光滑且高度有序；(2)整個(gè)過程可以在常溫下進(jìn)行；(3)不需要高真空要求，適合低成本技術(shù)生產(chǎn)；(4)沉積過程速度快；(5)有機(jī)半導(dǎo)體單晶與多晶薄膜相比，晶界和缺陷都很少。因此有機(jī)單晶晶體可以避免一些多晶甚至非晶有機(jī)半導(dǎo)體薄膜中的缺陷、晶界等因素的干擾而獲得有機(jī)半導(dǎo)體材料的本征性質(zhì)。其載流子遷移率通常比多晶薄膜要高。有機(jī)單晶酞菁鐵、酞菁銅、紅熒烯都顯示了雙極性特性。Podzorov等人利用紅熒烯單晶制備的有機(jī)單晶晶體管的場效應(yīng)載流子遷移率高達(dá)8cm2/(V·S)。使用溶液法很難制備高純度、低缺陷的單晶薄膜。一般單晶薄膜可以通過電化學(xué)沉積、擴(kuò)散沉積、氣相沉積等方法來制備。其中又以氣相法最為常用。離子液體具有可在室溫下工作、化學(xué)穩(wěn)定性不斷提高、防水、無毒、不揮發(fā)等特性，利用它的離子迅速擴(kuò)散性能，可以制備出高性能的有機(jī)單晶晶體管。已有報(bào)道有機(jī)單晶半導(dǎo)體被應(yīng)用于低成本微電極電路中，比如矩陣顯T傳感等領(lǐng)域。日本電力中央研究所與大阪大學(xué)聯(lián)手開發(fā)出了采用離子液體的高性能有機(jī)單晶晶體管，基本結(jié)構(gòu)見圖11。

圖11有機(jī)單晶離子晶體管基本結(jié)構(gòu)

利用PDMS制成彈性體基底，使有機(jī)紅熒烯單晶吸附在上面，在有機(jī)單晶體紅熒烯與柵極間夾入了低粘滯度和高離子導(dǎo)電率離子液體1-ethyl-3-methyl-imidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide作為柵極絕緣體。外加?xùn)艠O電壓，離子就會(huì)發(fā)生遷移，在柵極與離子液體之間的界面和離子液體與有機(jī)單晶體之間的界面上，由離子蓄積而形成雙電荷層。此時(shí)，由于離子液體中的離子與有機(jī)單晶體電極的距離只有1nm，外加微弱電壓就實(shí)現(xiàn)了高電場。該開發(fā)晶的工作電壓(約0.2 V)，為現(xiàn)有有機(jī)FET的約1/500~1/100。電荷遷移率更是高達(dá)10cm2 /(V?s)，達(dá)到了采用雙電荷層的有機(jī)FET中的最大值。超過了非晶硅的電荷遷移率((1.0 cm2/(V·s)左右)，可滿足有機(jī)柔性顯示器所需的性能。另外，在0.1~1MHz的寬頻率下具有高電解電容，并具備高速開關(guān)性能。Ono等人分析比較了也報(bào)道了加入五種不同陰離子液體制成的紅熒烯單晶體管的性能。Nakanotani等人也報(bào)道了使用金-鈣不對稱電極介于BSB-Me單晶制成的具有雙極性特性的晶體管，雖然只有0.005 cm2 /(V·s)的遷移率，但是由于BSB-Me具有很高的發(fā)光效率因而BSB-Me單晶晶體管也展示了很好的發(fā)光性能，有望用來制備藍(lán)光固體激光器。

5結(jié)論與展望

從第一個(gè)具有真正意義上的有機(jī)場效應(yīng)晶體管產(chǎn)生以來，它已獲得了巨大的發(fā)展，OFET以其柔性好、成木低、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景，并已經(jīng)在一些低端市場取得應(yīng)用。目前有機(jī)場效應(yīng)晶體管面臨的主要問題和發(fā)展趨勢有以下幾方面：

(1)在材料方面，類型過于單一，n型有機(jī)半導(dǎo)體材料較少，開關(guān)速度不穩(wěn)定，大多數(shù)有機(jī)材料載流子遷移率過低。限制了有機(jī)場效應(yīng)晶體管的進(jìn)一步發(fā)展。因此，探索高遷移率且具有良好工作性能的新材料是OFET所要解決的問題之一。

(2)在器件制備技術(shù)方面，OFET器件的各層幾乎都要涉及成木昂貴的真空技術(shù)，因此研制出新的成膜技術(shù)和更為簡單、成木更低的制作工藝是近年來發(fā)展的一個(gè)方向。

(3)在制作工藝上，OFET的溝道長度很難進(jìn)一步降低且器件存在開啟電壓大、工作電流低等缺點(diǎn)。

(4)從外界影響因素看，如材料的純度、不同介電常數(shù)的絕緣層以及襯底溫度等，如何排除干擾，提高器件的穩(wěn)定性和壽命也應(yīng)得到高度幣視。

(5)從產(chǎn)業(yè)化角度看，要實(shí)現(xiàn)真正的產(chǎn)業(yè)化，有機(jī)電子器件在很多方面還需要不斷的改進(jìn)，例如，室溫及大氣環(huán)境下制備的器件性能還有待進(jìn)一步提高，大氣環(huán)境下器件穩(wěn)定性和壽命也有待提高才能滿足商業(yè)化的需求。

目前有機(jī)場效應(yīng)晶體管材料和器件的發(fā)展面臨著以上種種困難，尚不能與無機(jī)硅半導(dǎo)體材料相提并論。今后的研究仍然要以材料、器件工藝、器件穩(wěn)定性和壽命為主要研究方向。另外，有機(jī)場效應(yīng)晶體管目前仍然在延續(xù)使用無機(jī)MOSFET的載流子傳輸理論和模型，尚沒有統(tǒng)一的有機(jī)半導(dǎo)體載流子傳輸機(jī)理。因此，探索一種適用于OFET的載流子傳輸機(jī)理和模型也是當(dāng)前有待解決的難題。

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