[发明专利]基于界面优化的氧化锌纳米棒阵列/聚乙烯咔唑/石墨烯杂化的纤维状紫外光探测器及方法

说明书

本发明公开了一种基于界面优化的氧化锌纳米棒阵列/聚乙烯咔唑/石墨烯杂化的纤维状紫外光探测器及其制备方法。本发明以细金属丝作为基底，在其表面沿垂直方向生长氧化锌纳米棒阵列，然后在氧化锌纳米棒阵列表面上均匀覆盖一层聚乙烯咔唑薄层，之后在其外表面包裹单层石墨烯薄膜，其中夹杂一根细银丝引出电极。本发明解决了传统纤维状探测器内部界面接触差的问题，并且用面接触的表面电极取代线接触的表面电极，提高了探测器性能。

技术领域

本发明涉及紫外探测技术领域，特别是一种基于界面优化的氧化锌纳米棒阵列/聚乙烯咔唑(PVK)/石墨烯杂化的纤维状紫外光探测器及其制备方法。

背景技术

随着摩登电子时代的发展，比如电子皮肤、可伸缩电路器件等柔性可穿戴的电子器件在我们日常生活中起到了越来越大的作用。由于纤维本身具有轻质、柔韧并且容易编织的特点，纤维状的能源器件已经被广泛研究，包括纤维状超级电容器、锂电池和太阳能电池等，但是这些能源器件主要是为了相应的功能性器件服务，比如显示、照明、监测和传感等。传感器是信息传输很重要的一部分，而光探测器作为传感器的一员，在军事探测、生物传感、光通信等方面已经有着极为广泛的应用。因此，柔性可编织的纤维状探测器也急需研究，但其中存在的问题也很明显，就是纤维的曲面结构，增加了器件功能层的接触缺陷，这极大影响了器件性能。而传统的纯无机结构功能层以及使用的线状外电极使得这一缺陷更加严重，这从Ko等(Nanoscale,2015,7,2735-421)和Zhang等(ACS Nano,2013,7,4537-4544)已有的研究结果中就可以看出来。因此，迫切需要研究出一种能够优化接触界面的纤维状紫外光探测，而现有的技术还没有利用界面优化这样的方式解决纤维状光电子器件中存在的接触缺陷问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于界面优化的纤维状紫外光探测器及其制备方法，以期可以有效地提高纤维状探测器的响应速度、开关比等性能。

实现本发明目的的技术解决方案为：本发明提供的基于界面优化的纤维状紫外光探测器，由在低功函数的金属丝基底上生长的氧化锌纳米棒阵列作为光导层，外面覆盖一层有机聚合物聚乙烯咔唑(PVK)用来平滑阵列表面，形成紧密接触且形成PN结有利于驱动光生载流子的分离与传输，最外层包裹大面积的单层石墨烯薄膜作为表面电极，同时引出一根与石墨烯直接接触的细银丝导线便于应用。

本发明提供的基于界面优化的氧化锌纳米棒阵列/聚乙烯咔唑(PVK)/石墨烯杂化的纤维状紫外光探测器的制备方法，具体步骤为：

(1)取功函数较低的细金属丝，分别用去离子水跟无水乙醇超声清洗30分钟并干燥，然后用原子层沉积技术在金属丝表面沉积一定厚度的氧化锌薄膜作为种子层，继而用水热法在种子层表面沿垂直方向生长氧化锌纳米棒阵列。

(2)将生长有氧化锌纳米棒阵列的金属丝浸泡在聚乙烯咔唑(PVK)的氯苯溶液中，浸泡一段时间后取出晾干，则在氧化锌阵列表面覆盖了一层平整光滑的聚乙烯咔唑(PVK)薄层。

(3)转移单层石墨烯薄膜浮于水面，将一根细银丝与上述表面有氧化锌阵列和聚乙烯咔唑功能化处理后的金属丝平行放置并固定好，继而从水中捞取石墨烯薄膜，并使使石墨烯薄膜将金属丝都包裹住，然后一定温度下烘干，器件便制备完成。

与已有技术相比，本发明的有益效果为：1)本发明使用氧化锌纳米棒阵列和聚乙烯咔唑(PVK)杂化相较于传统的纯无机纤维状探测器而言，其层与层之间的接触更为紧密，表面更为光滑，缺陷更少，对光生载流子的束缚会更少。2)本发明使用的单层石墨烯薄膜作为表面电极，与细金属丝表面的各功能层之间是面接触，这与传统缠绕金属丝电极形成的线接触相比，接触面积更大，更利于载流子传输。并且石墨烯因为超柔的特性，与功能层之间的接触更为紧密，接触缺陷更少，进一步提升了载流子的传输。最终使纤维状探测器获得更快的响应速度和更高的开关比。

附图说明