本發(fā)明屬于無機(jī)納米材料領(lǐng)域，特別涉及一種氧化鋅-聚苯胺三明治結(jié)構(gòu)的紫外光電探測器及其制備方法。

背景技術(shù)：

紫外光電探測器在綠色照明、光通訊、環(huán)境監(jiān)測和國防等方面有著廣闊的應(yīng)用前景，具有極高的軍事和民用價(jià)值，是近年來國際上光電探測領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。傳統(tǒng)的紫外探測器以紫外光電倍增管為主，但是其制造過程較為復(fù)雜，體積大，易損壞，工作條件要求高，嚴(yán)重限制了其廣泛應(yīng)用和發(fā)展。近年來，日益發(fā)展的寬禁帶半導(dǎo)體為紫外探測器的研究開拓了新的領(lǐng)域，采用半導(dǎo)體紫外探測器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的紫外光電倍增管已成為可能。

氧化鋅是一種寬禁帶直接帶隙半導(dǎo)體材料，室溫下禁帶寬度3.37ev，激子束縛能高達(dá)60ev，并具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，在紫外光電探測器方面有著巨大的應(yīng)用潛力。氧化鋅納米片具有比表面積大，電子傳輸速率快的特點(diǎn)，這種理想的形貌結(jié)構(gòu)在光敏器件，氣敏器件和染料敏化太陽能電池等領(lǐng)域表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。

但是，氧化鋅易于受到光的腐蝕，且太陽光吸收波長范圍狹窄，只對紫外光有響應(yīng)，可見光利用效率低：同時(shí)，納米氧化鋅光生載流子的復(fù)合率較高，量子效率較低。因此，對氧化鋅半導(dǎo)體進(jìn)行復(fù)合改性以加快光生電子—空穴對分離，抑制載流子復(fù)合以提高量子效率；提高可見光利用效率，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

聚苯胺屬于空穴導(dǎo)電型半導(dǎo)體導(dǎo)電聚合物，具有合成方法簡單，穩(wěn)定性好，耐高溫及抗氧化等優(yōu)點(diǎn)。此外，酸摻雜的聚苯胺在可見光及紅外區(qū)有很強(qiáng)的吸收。實(shí)驗(yàn)表明，將納米氧化鋅與聚苯胺復(fù)合，可以形成良好的異質(zhì)結(jié)界面，有利于光生電子—空穴對的分離，提高復(fù)合材料的量子效率以及對可見光的利用效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

長期以來，氧化鋅納米片陣列以其比表面積大和光電轉(zhuǎn)化效率高吸引了廣大科研工作者的目光，但是以往的制備工藝復(fù)雜，且所得納米片形貌不穩(wěn)定，難以作為基底材料在紫外光電探測器件中加以應(yīng)用。例如，中國發(fā)明201310064916.9公開了一種氧化鋅/聚苯胺復(fù)合光催化劑的方法，其所采用的氧化鋅形貌遠(yuǎn)小于本發(fā)明所述氧化鋅納米片陣列，影響了其對紫外光的利用效率；專利201410685786.5公開了一種氧化鋅納米片的制備方法，其工藝復(fù)雜，難以得到廣泛利用。為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種氧化鋅-聚苯胺三明治結(jié)構(gòu)的紫外光電探測器。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種上述氧化鋅-聚苯胺三明治結(jié)構(gòu)的紫外光電探測器的制備方法。

本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種氧化鋅-聚苯胺三明治結(jié)構(gòu)的紫外光電探測器，該紫外光電探測器是以上下兩層ito導(dǎo)電玻璃為襯底，上下兩層ito導(dǎo)電玻璃之間設(shè)置了兩層氧化鋅納米片，兩層氧化鋅納米片之間設(shè)置了一層聚苯胺納米線。

上述的氧化鋅-聚苯胺三明治結(jié)構(gòu)的紫外光電探測器的制備方法，包括以下步驟：

(1)將ito導(dǎo)電玻璃依次置于丙酮、無水乙醇和蒸餾水中超聲清洗30min，并將其烘干后置于不銹鋼電極夾上；配制zn(no3)2濃度為0.03～0.07mol/l、kcl濃度為0.07～0.12mol/l的水溶液作為電解液a，采用三電極體系，以鉑片電極作為對電極，飽和甘汞電極作為參比電極，進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，控制氧化溫度30～60℃，氧化電壓-0.5～-1.5v，氧化時(shí)間10～60min；反應(yīng)完成后，取出產(chǎn)物，用蒸餾水洗滌，室溫干燥后，在ito導(dǎo)電玻璃上得到產(chǎn)物氧化鋅納米片陣列；

(2)將苯胺單體溶液與1mol/l稀酸溶液按體積比為0.1～0.2:20配制苯胺的稀酸溶液b，所述稀酸為稀鹽酸或稀硫酸；再往溶液b中加入濃度為0.1mol/l的過硫酸銨溶液，得到溶液c，過硫酸銨溶液與溶液b的體積比為0.5～1.0:20；然后將溶液c置于溫度為0～4℃的冰箱中反應(yīng)0.5～4h，得到聚苯胺納米線懸浮液；

(3)將所得的聚苯胺納米線懸浮液取出后離心，用無水乙醇洗滌，將所得溶液均勻懸涂在步驟(1)所得氧化鋅納米片陣列上面并烘干，得到氧化鋅/聚苯胺納米復(fù)合材料；將所得的氧化鋅/聚苯胺納米復(fù)合材料面對面固定組裝，即制得氧化鋅-聚苯胺三明治結(jié)構(gòu)的紫外光電探測器。

步驟(1)所述蒸餾水洗滌的次數(shù)為2～3次。

步驟(3)所述用無水乙醇洗滌的次數(shù)為2～4次，從而將聚苯胺納米線懸浮液中的酸洗滌干凈，以防止殘留的酸腐蝕氧化鋅納米片陣列。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：

(1)通過簡單易行的電化學(xué)法合成出形貌、尺寸均一的氧化鋅納米片陣列，具有比表面積大，電子傳輸速率快的特點(diǎn)，增加了材料與紫外光作用的位點(diǎn)，使得該紫外光電探測器具有性能穩(wěn)定，靈敏度高，響應(yīng)時(shí)間短的特點(diǎn)。

(2)利用聚苯胺納米線和氧化鋅納米片陣列復(fù)合，可以形成良好的氧化鋅-聚苯胺異質(zhì)結(jié)界面，有利于光生電子-空穴的分離，減少載流子復(fù)合幾率，提高量子效率。

(3)本發(fā)明所提供的制備方法簡單，原料易得成本低，工藝簡單易實(shí)現(xiàn)，具有很好的發(fā)展前景和很高的商業(yè)利用價(jià)值。

附圖說明

圖1為氧化鋅-聚苯胺三明治結(jié)構(gòu)紫外光電探測器的結(jié)構(gòu)示意圖，其中1為ito導(dǎo)電玻璃，2為氧化鋅納米片，3為聚苯胺納米線。

圖2為實(shí)施例2所得氧化鋅納米片陣列頂面的掃描電鏡圖。

圖3為實(shí)施例2所得氧化鋅-聚苯胺納米復(fù)合材料頂面的掃描電鏡圖。

圖4為實(shí)施例2所得氧化鋅-聚苯胺納米復(fù)合材料斷面的掃描電鏡圖。

圖5為實(shí)施例2所得氧化鋅納米片陣列的x射線衍射圖，圖中標(biāo)星號的峰為ito襯底的峰。

圖6為實(shí)施例2所得氧化鋅-聚苯胺三明治結(jié)構(gòu)紫外光電探測器的光電測試結(jié)果圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例1～4，一種氧化鋅/聚苯胺三明治結(jié)構(gòu)的紫外光電探測器的制備方法如下：

(1)將ito導(dǎo)電玻璃切成10mm×20mm大小，依次置于丙酮、無水乙醇和蒸餾水中超聲清洗30min,并將其烘干后置于不銹鋼電極夾。配制zn(no3)2、kcl的水溶液作為電解液a，采用三電極體系，以鉑片電極作為對電極，飽和甘汞電極作為參比電極進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)。反應(yīng)完成后，取出產(chǎn)物，用蒸餾水洗滌2～3次，室溫干燥后，得到產(chǎn)物氧化鋅納米片陣列。

(2)將苯胺單體溶液與1mol/l稀鹽酸或稀硫酸溶液按一定體積比配制苯胺的稀鹽酸或稀硫酸溶液b，再往溶液b中加入濃度為0.1mol/l的氧化劑過硫酸銨溶液，得到溶液c，立即將溶液c置于溫度為0～4℃的冰箱中反應(yīng)0.5～4h。

(3)將所得的聚苯胺納米線懸浮液取出后離心，用無水乙醇洗滌，重復(fù)3次后，將所得溶液均勻懸涂在步驟(1)所得氧化鋅納米片陣列上并烘干。將所得的氧化鋅/聚苯胺納米復(fù)合材料按照圖1所示結(jié)構(gòu)面對面固定組裝，即制得所述的紫外光電探測器。

(4)將所得產(chǎn)物用x射線粉末衍射儀(xrd)和掃描電鏡(sem)進(jìn)行表征，并將組裝后的紫外光電探測器用電化學(xué)工作站測試其光電性能。其中xrd的管電壓和電流分別為40kv和40ma。sem用的是日本株式會社所生產(chǎn)的型號為jsm-7001f的掃描電鏡，電化學(xué)工作站是由上海辰華儀器有限公司生產(chǎn)的，型號為chi660d。

實(shí)施例1～4的制備條件參數(shù)如下表所示：

實(shí)施效果：

(1)圖2～4為實(shí)施例2所得氧化鋅納米片及氧化鋅/聚苯胺復(fù)合材料的掃描電鏡結(jié)果。結(jié)果顯示，氧化鋅納米片完整覆蓋ito基底，且形貌均一，穩(wěn)定。聚苯胺納米線與氧化鋅納米片復(fù)合情況良好。

(2)圖5為實(shí)施例2所得氧化鋅納米片的xrd結(jié)果，結(jié)果鑒定為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)氧化鋅。

(3)圖6為實(shí)施例2所得的三明治結(jié)構(gòu)氧化鋅/聚苯胺紫外光電探測器的光電測試結(jié)果。結(jié)果顯示對于紫外光有明顯的響應(yīng)，靈敏度高，電流穩(wěn)定。

上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。