專利名稱：一種二氧化鈦納米纖維紫外光敏電阻的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于紫外光敏電阻技術(shù)領(lǐng)域，涉及ー種基于靜電紡絲技術(shù)制備的金屬氧化物納米纖維的紫外光敏電阻元件的制備技術(shù)，特別是ー種ニ氧化鈦納米纖維紫外光敏電阻的制備方法。
背景技術(shù)：
光敏電阻是ー種常用的光電轉(zhuǎn)換器件，它的阻值會隨光照強(qiáng)度的變化而迅速發(fā)生變化，即在黑暗條件下電阻值較大，電路中電流(暗電流)很小，光照后阻值減小，電路中電流(光電流)迅速増大。目前，市面上的光敏電阻多為含有重金 屬鎘的化合物，例如硫化鎘(CdS)或硒化鎘(CdSe)(中國專利申請?zhí)?00510048590. 6和201020654411. X)。但這些鎘化合物往往有毒，廢棄物不易處置，對應(yīng)的光敏電阻制造エ序比較復(fù)雜，成本偏高。隨著環(huán)境問題備受關(guān)注，人們紛紛設(shè)立了重金屬鎘使用的安全標(biāo)準(zhǔn)，如歐盟從2006年7月I日起執(zhí)行的RoHS指令第4條中明確要求投入市場的新電子和電器設(shè)備不能含Cd。盡管人們已經(jīng)在減少對CdS或CdSe材料的使用，但對于無鎘無鉛紫外光敏電阻元件的研究仍是人們感興趣和一直在進(jìn)行的工作。銳鈦礦結(jié)構(gòu)TiO2是ー種寬帶隙半導(dǎo)體材料，禁帶寬度為3. 2電子伏，具有比較特殊的光學(xué)、光電和催化性質(zhì)，還有很高的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、無毒性等，且完全可以與食品接觸，同時對人體無害，對環(huán)境無污染，而且原料豐富，成本低，在諸多領(lǐng)域都顯示出良好的發(fā)展前景和巨大的市場潛力。例如，TiO2對波長在230到360納米的紫外線有很高的吸收率，但對可見光幾乎不吸收，可用于防曬霜和紫外光敏電阻元件。中國專利(申請?zhí)?01010150438. X)公開了ー種磁控濺射法制備的多晶TiO2薄膜在紫外光照和黑暗條件下電流發(fā)生明顯變化。靜電紡絲是最近十幾年來被廣泛研究和使用的制備ー維微納米纖維的新方法，具有操作エ藝簡單以及適用范圍廣等特點(diǎn)。靜電紡絲的原理非常簡單，利用紡絲噴頭和收集極之間的高壓靜電場，使紡液射流發(fā)生拉伸細(xì)化和(或)劈裂，最終形成微納米纖維并沉積在收集極上。目前科研人員已利用靜電紡絲技術(shù)將成百上千種聚合物、金屬氧化物等有機(jī)和無機(jī)材料制備成微納米纖維。它們在過濾、紡織、生物醫(yī)藥、光電器件和傳感器等諸多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。例如中國專利(申請?zhí)?01110276677. 4)公開了ー種基于電紡鈦酸鋇納米纖維的具有快速響應(yīng)與恢復(fù)的濕敏傳感器；中國專利(申請?zhí)?01210185267. 3)公開了ー種基于電紡氧化鋅納米纖維的可在室溫環(huán)境工作的ー氧化碳?xì)饷魝鞲衅?。為了提高TiO2光敏電阻元件的性能,人們正在尋■求設(shè)計(jì)ー種基于靜電紡絲制備的TiO2納米纖維的紫外光敏電阻，由于電紡TiO2纖維具有很高的比表面積，増大了光與敏感層的接觸面積，提高了靈敏度，響應(yīng)時間短，恢復(fù)時間快，適合做光敏元件，并且靜電紡絲エ藝簡單，可批量生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本，但目前這種電阻的產(chǎn)品還未見有公開技木。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，尋求設(shè)計(jì)研制一種響應(yīng)度高、暗電流小，能夠反復(fù)多次進(jìn)行光照的ニ氧化鈦納米纖維紫外光敏電阻，解決傳統(tǒng)光敏電阻毒性大等不足，提供ー種安全無毒、成本低廉的紫外光敏電阻的制備方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明涉及的光敏電阻的制備方法是先控制好實(shí)驗(yàn)參數(shù)采用靜電紡絲法制備出TiO2/聚こ烯吡咯烷酮(PVP)復(fù)合納米纖維薄膜，然后將其在馬弗爐內(nèi)進(jìn)行熱處理后得純TiO2納米纖維薄膜；再將TiO2納米纖維薄膜放在塑料片上，用導(dǎo)電銀膠固定電極，并用聚ニ甲基硅氧烷(PDMS)封裝膠進(jìn)行防濕保護(hù)封裝后即得光敏電阻元件。本發(fā)明包括納米纖維薄膜的制備、純納米纖維薄膜的制備和光敏電阻組裝三個エ藝步驟，具體方法是(I)、靜電紡絲法制備Ti02/PVP納米纖維薄膜，先配制靜電紡絲前驅(qū)體溶液，將聚こ烯吡咯烷酮(PVP)與鈦酸四丁酷、こ醇和こ酸按常規(guī)重量比例進(jìn)行混合，用磁力攪拌器充分?jǐn)嚢?，直至前軀體溶液均一透明為止；再通過靜電紡絲技術(shù)制備Ti02/PVP復(fù)合納米纖維薄膜，用一次性滴管吸取配制好的前軀體溶液，滴入注射器中，注射器針尖連接高壓電源的·正極，鋁箔接高壓電源負(fù)極并放在針尖下方10-20厘米處作為接收極，打開高壓電源，調(diào)整工作電壓為20千伏后開始紡絲，收集10-20分鐘在鋁箔上得到Ti02/PVP復(fù)合納米纖維薄膜；(2)、熱處理制得純TiO2納米纖維薄膜，將收集到的Ti02/PVP復(fù)合納米纖維薄膜轉(zhuǎn)移到馬弗爐中，控溫500-600°C熱處理I小時即得純TiO2納米纖維薄膜；(3),TiO2納米纖維紫外光敏電阻的組裝，先將純TiO2納米纖維薄膜固定在塑料片襯底上；再在純TiO2納米纖維薄膜(面積約為7毫米X 5毫米)兩端涂抹粘膠形成導(dǎo)電銀膠電極，引出金屬導(dǎo)線，并通風(fēng)干燥30分鐘；最后將聚ニ甲基硅氧烷(PDMS)封裝膠滴附在TiO2納米纖維薄膜表面進(jìn)行防潮封裝形成透明的PDMS封裝膠保護(hù)膜，放入真空干燥箱中控溫80°C熱處理2小時，制備得TiO2納米纖維紫外光敏電阻。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，ニ氧化鈦光敏電阻安全無毒，環(huán)境友好，原料易得，制備エ藝簡單，成本低，市場潛カ大，使用壽命長。


圖I為本發(fā)明制備的TiO2納米纖維紫外光敏電阻結(jié)構(gòu)原理示意圖，包括塑料片襯底I、TiO2納米纖維薄膜2、金屬導(dǎo)線3、導(dǎo)電銀膠電極4和透明PDMS封裝膠保護(hù)膜5。圖2為本發(fā)明制備的TiO2納米纖維的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。圖3為本發(fā)明制備的TiO2納米纖維紫外光敏電阻在黑暗和紫外光照(波長280納米、功率I毫瓦)條件下的伏安特性曲線。圖4為本發(fā)明制備的TiO2納米纖維紫外光敏電阻在波長280納米、功率I毫瓦的紫外光照射下的響應(yīng)恢復(fù)特性曲線
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例并結(jié)合附圖做進(jìn)ー步說明。實(shí)施例本實(shí)施例包括納米纖維薄膜的制備、純納米纖維薄膜的制備和光敏電阻組裝三個エ藝步驟，具體方法是
(I)、靜電紡絲法制備Ti02/PVP納米纖維薄膜，先配制靜電紡絲前驅(qū)體溶液，將0. 6克聚こ烯吡咯烷酮(PVP)與6克鈦酸四丁酷、8. 16克こ醇和4. 2克こ酸混合，用磁力攪拌器充分?jǐn)嚢瑁敝寥芤壕煌该鳛橹?；再通過靜電紡絲技術(shù)制備Ti02/PVP復(fù)合納米纖維薄膜，用一次性滴管吸取4毫升配制好的溶液，滴入10毫升注射器中，注射器針尖連接高壓電源的正極，鋁箔接高壓電源負(fù)極并放在針尖下方15厘米處作為接收極，打開高壓電源，調(diào)整工作電壓為20千伏后開始紡絲，收集10分鐘在鋁箔上得到Ti02/PVP復(fù)合納米纖維薄膜；(2)、熱處理獲得純TiO2納米纖維薄膜，將收集到的Ti02/PVP復(fù)合納米纖維薄膜轉(zhuǎn)移到馬弗爐中，500°C熱處理I小時即得純TiO2納米纖維薄膜，圖2為熱處理后的多晶TiO2納米纖維薄膜的掃描電子顯微鏡照片；(3),TiO2納米纖維紫外光敏電阻的組裝，先將TiO2納米纖維薄膜2固定在塑料片襯底I上；再在TiO2納米纖維薄膜(面積約為7毫米X 5毫米)兩端涂抹粘膠形成導(dǎo)電銀膠電極4，引出金屬導(dǎo)線3，并通風(fēng)干燥30分鐘；最后將PDMS封裝膠滴附在TiO2納米纖維薄膜表面進(jìn)行防潮封裝形成透明PDMS封裝膠保護(hù)膜5，放入真空干燥箱80°C熱處理2小吋， 制備成圖I所示的TiO2光敏電阻，包括是塑料片襯底I、ニ氧化鈦納米纖維薄膜2、金屬導(dǎo)線3、固定金屬導(dǎo)線的導(dǎo)電銀膠電極4和透明PDMS封裝膠形成的保護(hù)膜5 ；(4)對TiO2紫外光敏電阻進(jìn)行光敏測試，分別在黑暗條件和光照條件下采用ITECH6322電壓源和KEITHLEY 6485皮安表對制備的TiO2光敏電阻的光敏特性進(jìn)行伏安測試，其結(jié)果如圖3所示，可以看出，20伏測試電壓時，在黑暗條件下通過TiO2光敏電阻的電流約
I.23納安，電阻約為I. 6X IOici歐姆；在波長280納米、功率I毫瓦紫外光照下，TiO2光敏電阻的光電流明顯增大為0. 42微安，電阻約為4. 8X IO7歐姆，與無光照條件下相比電阻減小了 3個數(shù)量級；圖4是TiO2紫外光敏電阻元件的響應(yīng)ー恢復(fù)特性曲線，可以看出該光敏電阻對紫外光照反應(yīng)非常敏感。
權(quán)利要求
1. 一種ニ氧化鈦納米纖維紫外光敏電阻的制備方法，其特征在于包括納米纖維薄膜的制備、純納米纖維薄膜的制備和光敏電阻組裝三個エ藝步驟，具體方法是 (1)、靜電紡絲法制備Ti02/PVP納米纖維薄膜，先配制靜電紡絲前驅(qū)體溶液，將聚こ烯吡咯烷酮PVP與鈦酸四丁酷、こ醇和こ酸按常規(guī)重量比例進(jìn)行混合，用磁力攪拌器充分?jǐn)嚢?，直至前軀體溶液均一透明為止；再通過靜電紡絲技術(shù)制備Ti02/PVP復(fù)合納米纖維薄膜，用一次性滴管吸取配制好的前軀體溶液，滴入注射器中，注射器針尖連接高壓電源的正扱，鋁箔接高壓電源負(fù)極并放在針尖下方10-20厘米處作為接收極，打開高壓電源，調(diào)整工作電壓為20千伏后開始紡絲，收集10-20分鐘在鋁箔上得到Ti02/PVP復(fù)合納米纖維薄膜； (2)、熱處理制得純TiO2納米纖維薄膜，將收集到的Ti02/PVP復(fù)合納米纖維薄膜轉(zhuǎn)移到馬弗爐中，控溫500-600°C熱處理I小時即得純TiO2納米纖維薄膜； (3),TiO2納米纖維紫外光敏電阻的組裝，先將純TiO2納米纖維薄膜固定在塑料片襯底上；再在面積為7毫米X5毫米的純TiO2納米纖維薄膜兩端涂抹粘膠形成導(dǎo)電銀膠電扱，引出金屬導(dǎo)線，并通風(fēng)干燥30分鐘；最后將聚ニ甲基硅氧烷PDMS封裝膠滴附在TiO2納米纖維薄膜表面進(jìn)行防潮封裝形成透明的PDMS封裝膠保護(hù)膜，放入真空干燥箱中控溫80°C熱處理2小時，制備得TiO2納米纖維紫外光敏電阻。
全文摘要
本發(fā)明屬于紫外光敏電阻技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種二氧化鈦納米纖維紫外光敏電阻的制備方法，先控制好實(shí)驗(yàn)參數(shù)采用靜電紡絲法制備出TiO2/聚乙烯吡咯烷酮PVP復(fù)合納米纖維薄膜，然后將其在馬弗爐內(nèi)進(jìn)行熱處理后得純TiO2納米纖維薄膜；再將TiO2納米纖維薄膜放在塑料片上，用導(dǎo)電銀膠固定電極，并用聚二甲基硅氧烷PDMS封裝膠進(jìn)行防濕保護(hù)封裝后即得光敏電阻元件，二氧化鈦光敏電阻安全無毒，環(huán)境友好，原料易得，制備工藝簡單，成本低，市場潛力大，使用壽命長。
文檔編號H01L31/18GK102867887SQ201210395279
公開日2013年1月9日 申請日期2012年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月17日
發(fā)明者龍?jiān)茲? 劉帥, 張紅娣, 孫彬, 徐勝, 盛琛浩, 麻劼, 秦國卿, 劉昱均 申請人:青島大學(xué)