基于氧化锌的紫外光敏传感器及其制备方法_2

文档序号:8458402阅读:来源:国知局
外光敏传感器结构示意图。
[0043] 图2是叉指电极示意图。
[0044] 图3是第一【具体实施方式】静电纺丝制备粘性导电纤维膜示意图。
[0045] 图4是第一【具体实施方式】旋转涂布在粘性导电纤维膜上制备氧化锌膜示意图。
[0046] 图5是氧化锌膜在粘性导电纤维膜上具体设置方式。
[0047] 图6是本发明紫外光敏传感器在加热后、加封装件后、放置3天后相应电流-时间 变化图。
[0048] 图7是本发明紫外光敏传感器在不同紫外光强度下电流-时间变化图。
[0049] 图8是在本发明紫外光敏传感器在不同紫外光照射下所产生的光电流变化。
[0050] 图9是本发明紫外光敏传感器在不同紫外光强度照射下的电流输出与其响应度 变化图。
[0051] 图10为本发明实施例四制备的紫外光敏传感器紫外光照射下电流-时间曲线 图;
[0052] 图11为本发明实施例四制备的紫外光敏传感器与实施例二制备的紫外光敏传感 器在紫外光照射下的电流-时间图对比图;
[0053] 图12为本发明导电聚苯胺含量为0.1 wt %的紫外光敏传感器与导电聚苯胺含量 为5wt%的紫外光敏传感器在紫外光照射下电流-时间变化图对比图;
[0054] 图13为本发明导电聚苯胺含量为15wt%的紫外光敏传感器与导电聚苯胺含量为 5wt%的紫外光敏传感器在紫外光照射下电流-时间变化图对比图;
【具体实施方式】
[0055] 为充分了解本发明之目的、特征及功效,借由下述具体的实施方式,对本发明做详 细说明。
[0056] 下面详细说明一下本发明的第一【具体实施方式】。
[0057] -种基于氧化锌的紫外光敏传感器,包括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。
[0058] 图1是本发明紫外光敏传感器的结构示意图。如图1所示,本发明紫外光敏传感 器包括:基板1、叉指电极2、粘性导电纤维膜3、氧化锌膜4。
[0059] 其中,基板1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,因本发明紫外光敏传感器不需要生长氧化锌,因此避 免了制备过程中的高温、溶液等生长环境,所以对基底材质选用范围更广泛,选用柔性基底 可广泛提高紫外光敏传感器的应用范围。
[0060] 叉指电极2由两组不导通的电极组成,两组电极构成本发明紫外光敏传感器的信 号输出端。粘性导电纤维膜3设置在叉指电极2 -侧表面,横跨在两组电极之间,用于粘附 所述氧化锌膜并使所述叉指电极与所述氧化锌膜之间形成欧姆接触;氧化锌膜4设置在所 述粘性导电纤维膜3 -侧表面,用于感测紫外光。在上述的紫外光敏传感器中,粘性导电纤 维膜3与氧化锌膜4并联组成现有技术中的紫外光敏传感器的光敏电阻。
[0061] 图2为叉指电极示意图,本发明叉指电极采用现有技术中的常规方法制成。具体 的,在基板上沉积或涂布电极材料形成叉指电极形状的两组电极。本发明叉指电极厚度约 为IOOnm-S μ m。本发明对叉指电极所用基板没有特殊规定,常规的基底材料均可应用于本 发明,例如玻璃、硅芯片、亚克力等,尤其本发明基底材料可选用柔性材质,例如聚对苯二甲 酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯。本发明对电极材料也没有特殊规定,例 如金、银、铜、铝、钛等均可应用于本发明。本发明采用的涂布或沉积方法也是现有技术中常 用的,例如磁控溅射、电子束或热蒸镀、丝网印刷、或旋转涂布。
[0062] 本发明采用静电纺丝的方法在叉指电极一侧制备得到粘性导电纤维膜3,如图3 所示,为第一【具体实施方式】静电纺丝制备粘性导电纤维膜示意图。图3中,粘性导电纤维膜 3由掺杂导电材料的聚合物纤维31构成,设置在叉指电极2 -侧表面上。因粘性导电纤维 膜3中含有聚合物,如PVDF、PMMA、PA等,所以粘性导电纤维膜具备一定的粘附性,可有效的 将涂覆在其表面的纳米氧化锌粘附在其表面,同时,粘性导电纤维膜中还含有一定配比的 导电材料,例如,聚苯胺、导电碳粉、碳纳米管、石墨烯等,使得粘性导电纤维膜3同时具备 一定的导电性能,能够与氧化锌膜4组成一个光敏电阻。
[0063] 粘性导电纤维膜3具体制备方法如下:
[0064] (1)配置粘性导电纤维膜用静电纺丝液
[0065] 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,其中聚合物胶 体溶液中聚合物的含量为5wt% -12wt% ;将导电材料加入到上述聚合物胶体溶液中,混合 均匀,制备得到静电纺丝液,其中静电纺丝液中导电材料的含量为〇. lwt% -15wt% ;所述 聚合物为聚偏氟乙烯(PVDF)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、尼龙(PA)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、丙 酮、丙酮、异丙醇的一种或几种。
[0066] 其中,上述混合方法为常规混合方法,例如机械搅拌,磁力搅拌,超声波分散等方 法。
[0067] (2)静电纺丝
[0068] 将步骤(1)所得静电纺丝液加入到静电纺丝装置中,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。
[0069] 本发明所用静电纺丝装置为常规市售静电纺丝装置。具体的,将步骤(1)所得静 电纺丝液加入到静电纺丝装置的给液装置例如注射针管中,针头为金属,如不锈钢,将针头 接高压电源,接收端接地。然后在电压为8kV-25kV,接收距离为8cm-20cm条件下,用微量泵 以推动速度〇. lml/hr-lml/hr,将静电纺丝液通过喷射装置注射到叉指电极的一侧表面上 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3。
[0070] 在静电纺丝法制备粘性导电纤维膜3过程中,使用聚合物胶体溶液作为静电纺丝 液,一方面可保证静电纺丝的顺利进行,另一方面,可保证粘性导电纤维膜的粘附性,所以, 聚合物的配比对紫外光敏传感器性能有一定的影响。在聚合物胶体溶液中加入导电材料, 可以保证粘性导电纤维膜的导电性,降低粘性导电纤维膜的内阻。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,合适的导电材料配比对 紫外光敏传感器的性能有着重要的影响。
[0071] 氧化锌膜采用涂覆的方法制备在粘性导电纤维膜的一侧表面,所述涂覆方法包括 旋转涂布、丝网印刷、刮膜涂布方法。如图4所示为第一【具体实施方式】旋转涂布在粘性导电 纤维膜上制备氧化锌膜示意图。其具体制备方法如下:
[0072] (3)配置氧化锌悬浮液
[0073] 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,其中第二溶剂为乙醇、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%。混合溶剂包括聚环氧乙烷与乙 醇、聚环氧乙烷与二甲基甲酰胺、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、异丙醇的质量比为1% -15%,在溶剂中加入聚环氧乙烷可以增加氧化锌悬浮液的粘 度,利于涂覆。;
[0074] 本发明中氧化锌纳米颗粒和/或掺杂氧化锌纳米颗粒和/或异质结构氧化锌纳米 颗粒为商用氧化锌或者提前合成制备的氧化锌纳米颗粒。其中,掺杂氧化锌纳米颗粒为氧 化锌纳米颗粒中掺杂有氧化银、氧化铝、氧化铈、氧化铜等。异质结构氧化锌为TiO 2-ZnCK SnO2-ZnO0
[0075] 上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ΙΟηπι-δΟμπι,具有较高的比表面积。
[0076] (4)涂布氧化锌膜
[0077] 将上述氧化锌悬浮液涂覆与上述粘性导电纤维膜表面,制备得到氧化锌膜,其中, 所述涂覆方法包括旋转涂布、丝网印刷、刮膜涂布方法;
[0078] 本发明中所制备的氧化锌膜厚度为为10nm-700 μ m,优选为单层氧化锌膜。以旋转 涂布为例,采用500rpm-2000rpm旋转速度在粘性导电纤维膜一侧表面涂覆10s-2min,制备 得到厚度均匀的氧化锌膜。
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