基于柔性基底的全印刷光電探測器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光電探測器，具體涉及一種基于柔性基底的全印刷光電探測器及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著納米結(jié)構(gòu)材料的發(fā)展，納米結(jié)構(gòu)器件化應(yīng)用成為目前也是未來研究的熱點領(lǐng)域，新的納米半導(dǎo)體材料的出現(xiàn)推動了基于納米材料的光電探測器的研發(fā)。納米材料大的比表面積以及相對小的體積使納米結(jié)構(gòu)的光電探測器展現(xiàn)出超高的光響應(yīng)靈敏度。
[0003]硫化鉍是V-VI族的直接帶隙半導(dǎo)體，室溫下的禁帶寬度為1.3eV，具有環(huán)境友好、光伏轉(zhuǎn)換和本征光電導(dǎo)等一系列優(yōu)良性能。硫化鉍納米線是一維結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體納米材料，近年來由于其具有良好的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)而備受關(guān)注。
[0004]柔性基底具有質(zhì)量輕、耐用性好、可彎曲、低成本批量生產(chǎn)等優(yōu)點，與硅基或石英基相比，有更好的生物相容性，電絕緣性和熱隔離性，因而在光學(xué)、電子、化學(xué)和醫(yī)療等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。目前，基于柔性基底的器件研究在學(xué)術(shù)界已成為熱點，如何低成本、簡單高效、高精度實現(xiàn)柔性器件的制作是首要面對的問題。
[0005]絲網(wǎng)印刷作為四大印刷方法之一，具有設(shè)備簡單、操作便捷、成本低廉、適應(yīng)性強(qiáng)等特點。目前，許多研究中都利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)將線路板及電極附著在基底上。本發(fā)明擬分別將銀膠和制得的硫化鉍納米材料漿料先后利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)印刷到柔性基底上實現(xiàn)全印刷光電探測器的制備，為制備性能更優(yōu)的光電探測器提供新的思路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于柔性基底的全印刷光電探測器及其制備方法。通過本發(fā)明所述方法獲得的光電探測器成本低廉，性能優(yōu)良。
[0007]本發(fā)明采取如下技術(shù)方案達(dá)到上述目的:
[0008]1、基于柔性基底的全印刷光電探測器的制備方法，包括以下步驟:
[0009]I)制備硫化鉍納米線；
[0010]2)用水性粘合劑將步驟I)所得硫化鉍納米線制成漿料;水性粘合劑與硫化鉍納米線的質(zhì)量比為1:7-8;
[0011]3)通過絲網(wǎng)印刷將導(dǎo)電銀膠印刷在柔性基底上形成一對指狀交叉電極，烘干；
[0012]4)通過絲網(wǎng)印刷在步驟3)制得的指狀交叉電極上涂一層步驟2)制得的硫化鉍納米線漿料，真空干燥即得全印刷光電探測器。
[0013]優(yōu)選的，所述步驟I)中制備硫化鉍納米線的具體步驟包括:將EDTA-Na2、Bi(NO3)3.5H20、硫代蘋果酸制備成混合溶液，然后將混合溶液放入反應(yīng)釜中160°C反應(yīng)24h，冷卻，抽濾，洗滌，得硫化祕納米線。
[0014]優(yōu)選的，所述EDTA-Na2、Bi(NO3)3.5出0、硫代蘋果酸的質(zhì)量比為93:20:18。
[0015]優(yōu)選的，所述步驟2)中水性粘合劑與硫化鉍納米線的質(zhì)量比為1:7-8。
[0016]優(yōu)選的，所述步驟2)中所述水性粘合劑為LA133或聚偏氟乙烯。
[0017]優(yōu)選的，所述步驟2)中制備漿料的具體步驟包括:先將配比量的水性粘合劑加入水?dāng)嚢?0min，然后邊攪拌邊加入步驟I)制得的硫化祕納米線材料，繼續(xù)攪拌1h即得硫化鉍納米線漿料;所述納米線漿料中水性粘合劑與硫化鉍總固形物百分含量為50%。
[0018]優(yōu)選的，所述步驟2)中制備漿料的具體步驟包括:將配比量的水性粘合劑和硫化鉍納米線混合研磨，邊研磨邊逐滴加入N-甲基吡咯烷酮直至水性粘合劑和硫化鉍納米線混合均勾形成硫化祕納米線楽料。
[0019]優(yōu)選的，所述步驟3)中指狀交叉電極間距為0.5mm。
[0020]優(yōu)選的，所述柔性基底為聚對苯二甲酸乙二酯，聚二甲基硅氧烷，棉、麻、絲織品或硅基底。
[0021]2、上述制備方法制得的基于柔性基底的全印刷光電探測器。
[0022]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明用水熱法制得硫化鉍納米線，并將其進(jìn)一步配制成可以進(jìn)行絲網(wǎng)印刷的漿料，通過絲網(wǎng)印刷技術(shù)先后在柔性基底上附著銀電極和硫化鉍納米材料漿料而制備得到全印刷光電探測器。通過對本發(fā)明制備的光電探測器在不同波段和不同強(qiáng)度下的光電導(dǎo)響應(yīng)測試，不同頻率間歇光照射下的響應(yīng)速度測試，柔性測試，不同印刷圖形在間歇光照射下的響應(yīng)速度測試，均得到較好的光電導(dǎo)性能，表明柔性基底全印刷光電探測器性能良好。另外，硫化鉍納米線制備簡易，柔性基底既可以是棉麻絲等織品，又可以是PET塑料、硅基底等，可彎曲、耐用性好，而絲網(wǎng)印刷技術(shù)成本低廉，易用于大規(guī)模生產(chǎn)，以上優(yōu)點都使得本發(fā)明具有潛在應(yīng)用價值。
【附圖說明】
[0023]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖:
[0024]圖1在柔性基底上制備全印刷光電傳感器的過程示意圖。
[0025]圖2硫化鉍納米線場發(fā)射掃描電鏡圖，圖中A圖為硫化鉍納米線的場發(fā)射掃描電鏡圖4圖為單根硫化鉍納米線的場發(fā)射掃描電鏡圖。
[0026]圖3全印刷光電探測器制備過程中的掃描電鏡圖，其中A圖為柔性基底的掃描電鏡圖3圖為柔性基底上印刷銀電極后的掃描電鏡圖，(:圖為在帶有銀電極的柔性基底上印刷一層硫化鉍納米線漿料的掃描電鏡圖，D圖為全印刷光電探測器在掃描電鏡下的側(cè)視圖。
[0027]圖4全印刷光電探測器的光響應(yīng)測試原理圖及其在不同斬光盤轉(zhuǎn)動頻率下的i_t曲線圖，其中，A圖為全印刷光電探測器的光響應(yīng)測試示意圖，B-D圖為全印刷光電探測器分別在斬光盤頻率為I OHz、50Hz、200Hz時的1-t曲線圖。
[0028]圖5全印刷光電探測器在暗態(tài)和不同波段的光照射下以及不同強(qiáng)度的光照射下的1-V曲線圖，其中，A圖為在暗態(tài)和不同波段光照射下全印刷光電探測器的1-V曲線圖，B圖為在暗態(tài)和不同強(qiáng)度光照射下全印刷光電探測器的1-V曲線圖。
【具體實施方式】
[0029]下面對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。實施例中未注明具體條件的實驗方法，通常按照常規(guī)條件或按照制造廠商所建議的條件。
[0030]實施例1
[0031]基于柔性基底的全印刷光電探測器的制備方法，包括以下步驟:
[0032]I)制備硫化鉍納米線:分別將930mg EDTA-Na2、200mg Bi(NO3)3.5H20、180mg硫代蘋果酸先后溶入50ml去離子水中，再將上述混合溶液轉(zhuǎn)移進(jìn)50ml的聚四氟乙烯為內(nèi)膽的反應(yīng)釜中，放入烘箱，160°C反應(yīng)24h;反應(yīng)結(jié)束后，使反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，抽濾收集制得的材料并用去離子水反復(fù)沖洗即得到硫化鉍納米線；
[0033]2)制備硫化祕納米線楽料:按重量比計，聚偏氟乙稀:硫化祕納米線材料=1:8的比例稱取水性粘合劑和硫化鉍納米線，將二者混合在研缽內(nèi)，邊研磨邊向研缽內(nèi)逐滴滴加N-甲基吡咯烷酮直至將PVDF和硫化鉍納米線混合均勻形成硫化鉍納米線印刷漿料；
[0034]3)電極印刷:裁剪4cm X 5cm的聚二甲基硅氧烷，并通過絲網(wǎng)印刷技術(shù)將銀膠印刷在聚二甲基硅氧烷上形成一對長2.5cm、寬2.5cm以及間距0.5mm的指狀交叉電極，放入烘箱100°C 下干燥 30min;
[0035]4)漿料印刷:將步驟2)制備好的硫化鉍納米線漿料利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)附著在帶有指狀交叉電極的聚二甲基硅氧烷上，將其放入真空干燥箱30°C下干燥4h即得全印刷光電探測