一种混杂MXene纳米材料的ZnO量子点紫外光电探测器及其制备方法

一种混杂mxene纳米材料的zno量子点紫外光电探测器及其制备方法
技术领域
1.本技术涉及光电探测器领域，具体而言，涉及一种混杂mxene纳米材料的zno量子点紫外光电探测器及其制备方法。


背景技术：

2.紫外光电探测器被应用于导弹轨迹探测、火焰监测、空间通信等军事和民用领域。其中氧化锌(zno)半导体有大的直接带隙(～3.37ev)、大的激子束缚能(60mev)、无毒性等优点，使得其相对于其他紫外材料来说具备明显的研究和应用价值。
3.但是zno量子点应用于紫外光电探测器时，由于其具有大的表面积体积比，可以增强其光电性能，但是氧气吸附和解吸附的过程会使得响应速度很慢。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种混杂mxene纳米材料的zno量子点紫外光电探测器及其制备方法，能够有效的改善紫外光点探测器对光的吸收，并提高载流子的传输速率，从而增强紫外光点探测器的光电性能。
5.本技术的实施例是这样实现的：
6.本技术实施例提供一种混杂mxene纳米材料的zno量子点紫外光电探测器的制备方法，包括以下步骤：
7.将ti3c2t
x mxene纳米材料和zno量子点溶液混合得到混杂ti3c2t
x mxene纳米材料的zno量子点溶液；
8.将混杂ti3c2t
x mxene纳米材料的zno量子点溶液旋涂在玻璃基片表面，重复上述步骤多次，随后退火得到光敏层；
9.对具有光敏层的玻璃基片镀金得到电极。
10.在一些可选的实施方案中，ti3c2t
x mxene纳米材料的制备方法是：将lif和8
‑
10mol/l的hcl溶液以1g：15
‑
25ml的质量体积比混合得到混合溶液，再将ti3alc2和混合溶液以1g：15
‑
25ml的质量体积比混合在30
‑
40℃下搅拌24h以上，离心分离后将得到的沉淀物使用去离子水冲洗至ph在6以上，将沉淀物加入到二甲基亚砜溶液中搅拌24h以上，随后过滤并使用去离子水清洗去除残留二甲基亚砜溶液得到粉末，将粉末在氩气中超声波处理分散在去离子水中，最后离心分离后在真空下干燥。
11.在一些可选的实施方案中，zno量子点溶液的制备方法是：zno量子点溶液的制备方法是：将醋酸锌和氢氧化钾分别溶解于甲醇得到醋酸锌的甲醇溶液和氢氧化钾的甲醇溶液，将醋酸锌的甲醇溶液加热至60
‑
70℃并在不断搅拌下滴入氢氧化钾的甲醇溶液，醋酸锌和氢氧化钾的摩尔质量比为1：1.5
‑
1.6，随后保温2
‑
3h后冷却过滤并使用甲醇溶液清洗得到zno量子点，将zno量子点分散在氯仿和甲醇的混合溶液中得到zno量子点溶液，zno量子点和混合溶液的质量体积比为1g：5
‑
6ml，氯仿和甲醇的体积比为2：1。
12.在一些可选的实施方案中，将混杂ti3c2t
x mxene纳米材料的zno量子点溶液旋涂在玻璃基片表面之前，使用紫外光对玻璃基片表面进行清洗。
13.在一些可选的实施方案中，将混杂ti3c2t
x mxene纳米材料的zno量子点溶液旋涂在玻璃基片表面时，以2000
‑
2500r/min以上的速度旋转玻璃基片，并将混合液以2
‑
3μl/s的速度滴到玻璃基片上。
14.在一些可选的实施方案中，退火的温度为250
‑
300℃，退火的时间为1
‑
3min。
15.在一些可选的实施方案中，将混杂ti3c2t
x mxene纳米材料的zno量子点溶液旋涂在玻璃基片表面时，重复上述步骤3
‑
6次。
16.在一些可选的实施方案中，zno量子点溶液的质量浓度为20
‑
30mg/ml；ti3c2t
x mxene纳米材料和zno量子点溶液的质量体积比为0.005
‑
0.3mg：1ml。
17.本技术还提供了一种混杂mxene纳米材料的zno量子点紫外光电探测器，其是使用上述的混杂mxene纳米材料的zno量子点紫外光电探测器的制备方法制备得到。
18.本技术的有益效果是：本实施例提供的混杂mxene纳米材料的zno量子点紫外光电探测器的制备方法，包括以下步骤：将ti3c2t
x mxene纳米材料和zno量子点溶液混合得到混杂ti3c2t
x mxene纳米材料的zno量子点溶液，随后将混杂ti3c2t
x mxene纳米材料的zno量子点溶液旋涂在玻璃基片表面，重复上述步骤多次，随后退火得到光敏层；对具有光敏层的玻璃基片镀金得到电极。本实施例提供的混杂mxene纳米材料的zno量子点紫外光电探测器的制备方法具有制作成本低、制作过程简单的优点。本实施例制备得到的混杂mxene纳米材料的zno量子点紫外光电探测器具有光吸收性好，载流子传输速率高的优点。
附图说明
19.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
20.图1为本技术实施例提供的混杂有ti3c2t
x mxene纳米材料的zno量子点膜的扫描电镜图；
21.图2为本技术实施例提供的混杂有ti3c2t
x mxene纳米材料的zno量子点膜的xrd图谱；
22.图3为本技术实施例提供的混杂mxene纳米材料的zno量子点紫外光电探测器的结构示意图。
23.图中：100、玻璃基体；110、混杂有ti3c2t
x mxene纳米材料的zno量子点膜；120、金电极。
具体实施方式
24.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
25.下面对本技术实施例的混杂mxene纳米材料的zno量子点紫外光电探测器及其制备方法进行具体说明。
26.本实施例提供了一种混杂mxene纳米材料的zno量子点紫外光电探测器的制备方法，包括以下步骤：
27.将ti3c2t
x mxene纳米材料和zno量子点溶液混合得到混杂ti3c2t
x mxene纳米材料的zno量子点溶液；可选的，ti3c2t
x mxene纳米材料的制备方法是：将lif和8
‑
10mol/l的hcl溶液以1g：15
‑
25ml的质量体积比混合得到混合溶液，再将ti3alc2和混合溶液以1g：15
‑
25ml的质量体积比混合，30
‑
40℃下搅拌24h以上，离心分离后将得到的沉淀物使用去离子水冲洗至ph在6以上，将沉淀物加入到二甲基亚砜溶液中搅拌24h以上，随后过滤并使用去离子水清洗去除残留二甲基亚砜溶液，随后在氩气中超声波处理分散在去离子水中，最后离心分离后在真空下干燥。可选的，zno量子点溶液的制备方法是：将醋酸锌和氢氧化钾分别溶解于甲醇得到醋酸锌的甲醇溶液和氢氧化钾的甲醇溶液，将醋酸锌的甲醇溶液加热至60
‑
70℃并在不断搅拌下滴入氢氧化钾的甲醇溶液，醋酸锌和氢氧化钾的摩尔质量比为1：1.5
‑
1.6，随后保温2
‑
3h后冷却过滤并使用甲醇溶液清洗得到zno量子点，将zno量子点分散在氯仿和甲醇的混合溶液中得到zno量子点溶液，zno量子点和混合溶液的质量体积比为1g：5
‑
6ml，氯仿和甲醇的体积比为2：1。可选的，zno量子点溶液的质量浓度为20
‑
30mg/ml；ti3c2t
x mxene纳米材料和zno量子点溶液混合时的质量体积比为0.005
‑
0.3mg：1ml。
28.将混杂ti3c2t
x mxene纳米材料的zno量子点溶液旋涂在玻璃基片表面，重复上述步骤多次，随后退火得到光敏层；可选的，将混杂ti3c2t
x mxene纳米材料的zno量子点溶液旋涂在玻璃基片表面之前，使用紫外光对玻璃基片表面进行清洗。可选的，将混杂ti3c2t
x mxene纳米材料的zno量子点溶液旋涂在玻璃基片表面时，以2000
‑
2500r/min以上的速度旋转玻璃基片，并将混合液以2
‑
3μl/s的速度滴到玻璃基片上。可选的，退火的温度为250
‑
300℃，退火的时间为1
‑
3min。可选的，将混杂ti3c2t
x mxene纳米材料的zno量子点溶液旋涂在玻璃基片表面时，重复上述步骤3
‑
6次。
29.对具有光敏层的玻璃基片镀金得到电极。可选的，镀金时使用磁控溅射的方法。
30.本实施例还提供了一种混杂mxene纳米材料的zno量子点紫外光电探测器，其是采用上述的混杂mxene纳米材料的zno量子点紫外光电探测器的制备方法制备得到，其包括玻璃基体100、设于玻璃基体100表面的混杂有ti3c2t
x mxene纳米材料的zno量子点膜110及设于混杂有ti3c2t
x mxene纳米材料的zno量子点膜110表面的金电极120。
31.本实施例提供的混杂mxene纳米材料的zno量子点紫外光电探测器的制备方法使用zno量子点作为光敏材料，并引入ti3c2t
x mxene纳米材料混杂于zno量子点膜内，从而利用局域表面等离子震荡(lspr)效应增强光电探测器对光的吸收，并通过高的载流子迁移率有效的增强光电探测器中载流子的传输，增强光电探测器的紫外光电性能，同时本实施例提供的混杂mxene纳米材料的zno量子点紫外光电探测器的制备方法具有工艺简单、制作成本低、对环境无污染的优点。
32.以下结合实施例对本技术的特征和性能作进一步的详细描述。
33.实施例1
34.本实施例提供一种混杂mxene纳米材料的zno量子点紫外光电探测器，其是通过以下方法制备得到：
35.在玻璃瓶中加入0.05mgti3c2t
x mxene纳米材料，随后加入10ml的zno量子点溶液混合均匀，得到混杂ti3c2t
x mxene纳米材料的zno量子点溶液；其中，zno量子点溶液的制备方法是：将4.46mmol醋酸锌和7.22mmol氢氧化钾分别溶于23ml甲醇得到醋酸锌的甲醇溶液和氢氧化钾的甲醇溶液，将醋酸锌的甲醇溶液升到60℃并在不断搅拌的同时滴入氢氧化钾的甲醇溶液，然后在60℃保温并且不断搅拌持续2.25h，自然冷却到室温过滤后使用甲醇清洗两次得到zno量子点，将zno量子点分散在6ml氯仿与甲醇的混合溶液中得到zno量子点溶液，氯仿与甲醇的混合溶液中氯仿和甲醇体积比为2：1。ti3c2t
x mxene纳米材料的制备方法是：将2glif加入40ml的9mol/l的hcl溶液中得到混合物，然后加入2gti3alc2粉末在35℃下搅拌24h，然后离心分离得到沉淀物，将沉淀物使用去离子水清洗直到ph值达到6，然后将沉淀物加入二甲基亚砜溶液(dmso)中在室温下搅拌24h，过滤后用去离子水清洗三次以去除残留的dmso得到粉末，然后将粉末在氩气中使用超声波处理300min分散在去离子水中，最后在8000rpm的转速下离心15min分离后在真空中和60℃温度下干燥12h得到ti3c2t
x mxene纳米材料。
36.将混杂ti3c2t
x mxene纳米材料的zno量子点溶液旋涂在玻璃基片上，旋涂条件为2500rpm，持续60s，一次旋涂150μl，重复四次旋涂4层，之后将玻璃基片在250℃的温度下进行退火得到光敏层，采用磁控溅射的方式在光敏层表面镀上金电极，金电极之间的间距为150μm，长度为8mm，厚度为50nm。
37.本实施例制备得到的混杂mxene纳米材料的zno量子点紫外光电探测器中的混杂ti3c2t
x mxene纳米材料的zno量子点膜进行扫描电镜图片和xrd图谱如图1和图2所示，本实施例制备得到的混杂mxene纳米材料的zno量子点紫外光电探测器的结构示意图如图3所示。
38.对混杂mxene纳米材料的zno量子点紫外光电探测器进行光电性能测试，在波长为350nm、强度为8.58mw/cm2的紫外光激发下，施加10v偏压时，器件上升时间为3.14s，下降时间为3.83s，响应度为37.3ma/w，归一化比探测率为26.66
×
10
11
jones，外部量子效率为13.2％。
39.实施例2
40.本实施例提供一种混杂mxene纳米材料的zno量子点紫外光电探测器，其是通过以下方法制备得到：
41.在玻璃瓶中加入0.1mgti3c2t
x mxene纳米材料，随后加入10ml的zno量子点溶液混合均匀，得到混杂ti3c2t
x mxene纳米材料的zno量子点溶液；ti3c2t
x mxene纳米材料和zno量子点溶液的制备方法见实施例1。
42.将混杂ti3c2t
x mxene纳米材料的zno量子点溶液旋涂在玻璃基片上，旋涂条件为2500rpm，持续60s，一次旋涂150μl，重复四次旋涂4层，之后将玻璃基片在250℃的温度下进行退火得到光敏层，采用磁控溅射的方式在光敏层表面镀上金电极，金电极之间的间距为150μm，长度为8mm，厚度为50nm。
43.对混杂mxene纳米材料的zno量子点紫外光电探测器进行光电性能测试，在波长为350nm、强度为8.58mw/cm2的紫外光激发下，施加10v偏压时，器件上升时间为2.27s，下降时间为1.95s，响应度为44.8ma/w，归一化比探测率为17.69
×
10
11
jones，外部量子效率为15.9％。
44.实施例3
45.本实施例提供一种混杂mxene纳米材料的zno量子点紫外光电探测器，其是通过以下方法制备得到：
46.在玻璃瓶中加入1mgti3c2t
x mxene纳米材料，随后加入10ml的zno量子点溶液混合均匀，得到混杂ti3c2t
x mxene纳米材料的zno量子点溶液；ti3c2t
x mxene纳米材料和zno量子点溶液的制备方法见实施例1。
47.将混杂ti3c2t
x mxene纳米材料的zno量子点溶液旋涂在玻璃基片上，旋涂条件为2500rpm，持续60s，一次旋涂150μl，重复四次旋涂4层，之后将玻璃基片在250℃的温度下进行退火得到光敏层，采用磁控溅射的方式在光敏层表面镀上金电极，金电极之间的间距为150μm，长度为8mm，厚度为50nm。
48.对混杂mxene纳米材料的zno量子点紫外光电探测器进行光电性能测试，在波长为350nm、强度为8.58mw/cm2的紫外光激发下，施加10v偏压时，器件上升时间为1.85s，下降时间为1.21s，响应度为120.0ma/w，归一化比探测率为2.01
×
10
11
jones，外部量子效率为42.5％。
49.实施例4
50.本实施例提供一种混杂mxene纳米材料的zno量子点紫外光电探测器，其是通过以下方法制备得到：
51.在玻璃瓶中加入3mgti3c2t
x mxene纳米材料，随后加入10ml的zno量子点溶液混合均匀，得到混杂ti3c2t
x mxene纳米材料的zno量子点溶液；ti3c2t
x mxene纳米材料和zno量子点溶液的制备方法见实施例1。
52.将混杂ti3c2t
x mxene纳米材料的zno量子点溶液旋涂在玻璃基片上，旋涂条件为2500rpm，持续60s，一次旋涂150μl，重复四次旋涂4层，之后将玻璃基片在250℃的温度下进行退火得到光敏层，采用磁控溅射的方式在光敏层表面镀上金电极，金电极之间的间距为150μm，长度为8mm，厚度为50nm。
53.对混杂mxene纳米材料的zno量子点紫外光电探测器进行光电性能测试，在波长为350nm、强度为8.58mw/cm2的紫外光激发下，施加10v偏压时，器件上升时间为1.79s，下降时间为0.77s，响应度为27.0ma/w，归一化比探测率为0.40
×
10
11
jones，外部量子效率为9.6％。
54.对比例
55.本对比例提供一种zno量子点紫外光电探测器，其是通过以下方法制备得到：
56.制备zno量子点溶液，zno量子点溶液的制备方法见实施例1。
57.将zno量子点溶液旋涂在玻璃基片上，旋涂条件为2500rpm，持续60s，一次旋涂150μl，重复四次旋涂4层，之后将玻璃基片在250℃的温度下进行退火得到光敏层，采用磁控溅射的方式在光敏层表面镀上金电极，金电极之间的间距为150μm，长度为8mm，厚度为50nm。
58.对zno量子点紫外光电探测器进行光电性能测试：在波长为350nm、强度为8.58mw/cm2的紫外光激发下，施加10v偏压时，器件上升时间为4.76s，下降时间为3.96s，响应度为10.5ma/w，归一化比探测率为7.86
×
10
11
jones，外部量子效率为3.7％。
59.综上所述可见，采用本实施例1
‑
4方法制备得到的混杂mxene纳米材料的zno量子点紫外光电探测器的光电流和响应度均优于对比例中制备得到的zno量子点紫外光电探测
器。
60.以上所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。