基于氧化锌的紫外光敏传感器及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及传感器领域，尤其是涉及一种基于氧化锌的紫外光敏传感器及其制备 方法。
【背景技术】
[0002] 氧化锌纳米线作为半导体材料，可以应用于紫外光敏传感器，当紫外光照射在氧 化锌纳米线上时，氧化锌纳米线的电阻发生变化，进而使其输出电流产生变化。现有紫 外光敏传感器为提高传感器的灵敏度，多注重于改进氧化锌纳米线的制备方法，申请号 201010508591. 5公开了一种半导体紫外探测传感器及其制备方法，其利用在梳齿形电极 一侧通过气相沉积法或者液相化学法生长纳米氧化锌制备半导体紫外光探测器，申请号 200910061566. 4公开了一种氧化锌纳米紫外光敏传感器及其制备方法，其利用水热法制备 水平生长的氧化锌纳米杆阵列形成紫外光敏传感器。常规生长氧化锌纳米线的方法，例如 水热生长法和气相沉积法都需要一定的生长条件，例如温度、设备等要求，先利用静电纺丝 制备种子层再利用种子层生长氧化锌纳米线，首先需要对静电纺丝得到的氧化锌膜进行高 温煅烧，其对设备的要求较高，并且限制了基底材料的使用。上述紫外光敏传感器的制备过 程存在制备工艺复杂，设备要求高，其产品的一致性较差，不适用大规模生产的缺点。
【发明内容】
[0003] 为解决上述问题，本发明提供了一种基于氧化锌的紫外光敏传感器及其制备方 法，通过在叉指电极表面上设置粘性导电纤维膜，简化了紫外光敏传感器的制备工艺，所制 得的紫外光敏传感器具有响应度高，响应与回复时间短，光/暗电流比值高，制备工艺简 单，可大规模生产的特点。
[0004] 本发明采用静电纺丝法首先在叉指电极一侧表面上制备粘性导电纤维膜，该粘性 导电纤维膜由掺杂有导电材料的聚合物纤维组成，该粘性导电纤维膜一方面用作粘附层， 一方面用作导电层；再将氧化锌纳米颗粒和/或掺杂氧化锌纳米颗粒和/或异质结构氧化 锌纳米颗粒涂覆于粘性导电纤维膜一侧形成氧化锌膜。
[0005] 由于采用在叉指电极一侧设置粘性导电纤维膜，该粘性导线纤维膜具有一定的粘 附性，所以可直接将合成好或者商用氧化锌涂覆于粘性导电纤维膜表面，省略了需要化学 生长氧化锌及高温煅烧的工艺步骤，并且对工艺设备要求简单，适合工业化生产。该粘性导 电纤维膜中掺杂有一定含量的导电材料，所以粘性导电纤维膜在兼具粘附性的同时具备导 电性，且通过一定的材料配比使粘性导电纤维膜的电阻与氧化锌膜的电阻存在一个平衡， 该导电性使粘性导电纤维膜与氧化锌膜组成为紫外光敏传感器的光敏电阻，使得紫外光照 射到氧化锌膜上后光敏电阻的电阻值发生变化，使内电路中的电流产生变化，通过叉指电 极的两对电极输出。所以调整导电材料的配比使得该粘性导电纤维膜导电性适中，导电材 料含量过少，所制备的紫外光敏传感器的光电流与暗电流值均过小，不适合监测分析；导电 材料含量过大，所制备的紫外光敏传感器的光暗电流比值过小，即响应度过低，因此，为使 得紫外光敏传感器具有合适的电流值和响应度，导电材料的含量应适中。
[0006] 本发明紫外光敏传感器，具有灵敏度高、响应时间短，制备工艺简单、易于工业化 生产的优点。
[0007] 为了解决上述技术问题，本发明采用的第一技术方案是：一种基于氧化锌的紫外 光敏传感器，包括依次层叠设置的基板、叉指电极、粘性导电纤维膜、氧化锌膜；
[0008] 其中，所述叉指电极的两组电极相互不导通，作为所述紫外光敏传感器的信号输 出端；
[0009] 所述粘性导电纤维膜设置在所述叉指电极的一侧表面上，用于粘附所述氧化锌 膜；
[0010] 所述氧化锌膜设置在所述粘性导电纤维膜一侧表面，用于感测紫外光。
[0011] 其中，所述氧化锌膜由氧化锌纳米颗粒和/或掺杂氧化锌纳米颗粒和/或异质结 构氧化锌纳米颗粒构成。
[0012] 所述掺杂氧化锌纳米颗粒由在氧化锌纳米颗粒中掺杂氧化银、氧化铝、氧化铈、氧 化铜构成。
[0013] 所述氧化锌膜中氧化锌纳米颗粒粒径为10nm-50 μ m。
[0014] 所述氧化锌膜的厚度为10nm-700ym。
[0015] 前述的基于氧化锌的紫外光敏传感器，所述叉指电极由在基板上沉积或涂布电极 材料形成。
[0016] 前述的基于氧化锌的紫外光敏传感器，所述粘性导电纤维膜由掺杂有导电材料的 聚合物纤维构成。
[0017] 其中，所述聚合物为聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、尼龙中的任一种；所述导电 材料为聚苯胺、导电碳粉、碳纳米管、石墨烯中的任一种。
[0018] 所述基板的材质为玻璃、硅芯片、亚克力、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚氯 乙烯、聚丙烯、聚乙烯中的任一种。
[0019] 为了解决上述技术问题，本发明采用的第二技术方案是：一种基于氧化锌的紫外 光敏传感器的制备方法，该方法包括：
[0020] (1)制备叉指电极
[0021] 在基板上通过沉积或涂布电极材料形成叉指电极形状的两组电极。
[0022] (2)配置粘性导电纤维膜用静电纺丝液
[0023] 将聚合物加入到第一溶剂中，混合均匀，制备得到聚合物胶体溶液；将导电材料加 入到聚合物胶体溶液中，混合均匀制备得到静电纺丝液；
[0024] (3)静电纺丝
[0025] 将步骤（2)所得静电纺丝液在形成叉指电极的两组电极的一侧表面上进行静电 纺丝，在叉指电极的一侧表面上获得粘性导电纤维膜；
[0026] (4)配置氧化锌悬浮液
[0027] 将氧化锌纳米颗粒和/或掺杂氧化锌纳米颗粒和/或异质结构氧化锌纳米颗粒加 入到第二溶剂中，混合均匀制备得到氧化锌悬浮液；
[0028] (5)涂布氧化锌膜
[0029] 将上述氧化锌悬浮液通过旋转涂布、丝网印刷或刮膜涂布的方法涂覆于上述粘性 导电纤维膜表面，制备得到氧化锌膜；
[0030] (6)干燥处理
[0031] 将上述制备得到的氧化锌膜、粘性导电纤维膜连同叉指电极及基板一起进行干燥 处理，制备得到紫外光敏传感器。
[0032] 其中，步骤（2)中，所述静电纺丝液中导电材料的含量为0. lwt% -15wt%。
[0033] 其中，步骤（2)中，所述聚合物胶体溶液中聚合物的含量为5wt% -12wt%。
[0034] 其中，步骤（2)中，所述聚合物为聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、尼龙中的任一 种；所述导电材料为聚苯胺、导电碳粉、碳纳米管、石墨烯中的任一种；所述第一溶剂为二 甲基甲酰胺、乙醇、丙酮、异丙醇中的任一种或几种。
[0035] 其中，步骤（3)中，静电纺丝的工作条件如下：电压为8kV-25kV，接收距离为 8cm_20cm，推动速度 0· lml/hr-lml/hr。
[0036] 其中，步骤（4)中，所述第二溶剂为乙醇、二甲基甲酰胺、异丙醇或混合溶剂；所述 氧化锌纳米颗粒和/或掺杂氧化锌纳米颗粒和/或异质结构氧化锌纳米颗粒在氧化锌悬浮 液中的含量为3wt% _25wt%;所述混合溶剂包括聚环氧乙烷与乙醇或聚环氧乙烷与二甲基 甲酰胺或聚环氧乙烷与异丙醇，其中，聚环氧乙烷与乙醇、二甲基甲酰胺、异丙醇的质量比 均为 1% -15%。
[0037] 其中，步骤（4)中，所述氧化锌纳米颗粒和/或掺杂氧化锌纳米颗粒和/或异质结 构氧化锌纳米颗粒的粒径为l〇nm-50ym。
[0038] 其中，步骤（5)中，所述氧化锌膜的厚度为10ηπι-70〇μπι;所述旋转涂布速度为 500rpm-2000rpm，涂布时间为 10s_2min。
[0039] 其中，步骤（6)中，干燥温度为100~200°C，干燥时间为15min~lh。
[0040] 前述基于氧化锌的紫外光敏传感器的制备方法，进一步包括步骤（7)，对上述步骤 (1)~（6)制备得到的紫外光敏传感器进行封装。
[0041] 本发明基于氧化锌的紫外光敏传感器，由于氧化锌膜涂覆设置于粘性导电纤维膜 上，不需要额外的生长氧化锌的工艺，所以具备制备工艺简单的特点，同时氧化锌膜的涂覆 工艺可重复性好，同时纳米氧化锌颗粒的选择灵活，可制作不同响应度的光敏传感器，所以 本发明紫外光敏传感器在具有制备工艺简单，可批量生产的前提下，还具有灵敏度高、响应 时间快的特点。
【附图说明】
[0042] 图1是本发明紫