[发明专利]Ti-TiO2

说明书

本发明提供了一种Ti‑TiO₂/P3HT异质结纤维的制备方法、Ti‑TiO₂/P3HT异质结光电探测器及其制备方法，所述Ti‑TiO₂/P3HT异质结纤维的制备方法为：(1)以金属钛微米线为阳极，通过阳极氧化在金属钛纳米线表面得到垂直于基底表面的一维TiO₂纳米管阵列结构，之后置于管式炉中煅烧得到锐钛矿相的Ti‑TiO₂纳米管纤维；(2)将Ti‑TiO₂纳米管纤维置于溶剂瓶中，用翻口橡皮塞密封，抽真空2～13小时后，用注射器往瓶内注入5‑20mg/ml的新鲜的P3HT的氯苯溶液，使溶液完全浸没Ti‑TiO₂纤维，浸渍1～14小时后迅速转移至真空烘箱中，于100～200℃真空干燥15～60分钟，自然冷却制得Ti‑TiO₂/P3HT异质结纤维。本发明还提供了利用该Ti‑TiO₂/P3HT异质结纤维制备的具有优异宽光谱探测性能和良好柔韧性的Ti‑TiO₂/P3HT异质结光电探测器及其制备方法。

(一)技术领域

本发明属于半导体光电器件技术领域，具体涉及一种Ti-TiO₂/P3HT异质结纤维的制备方法、Ti-TiO₂/P3HT异质结光电探测器及其制备方法。

(二)背景技术

柔性器件的形态从“平面式”向“纤维状”的结构改变是对传统概念的一种重大突破。金属Ti微米线衬底的使用不仅有效解决了柔性器件在制备过程中有机塑料基底不能耐高温的关键问题；同时可利用成熟的阳极氧化工艺实现高度有序一维TiO₂(n型半导体宽禁带材料，锐钛矿带隙3.2eV)纳米管阵列结构的制备，其大的比表面积有利于光吸收的增强以提高电荷收集效率；有序的中空管道有利于光生载流子的快速分离和传输，提高光响应度，在日盲型紫外光探测器的应用上表现出了巨大的潜力(X.Xu,J.Chen,S.Cai,Z.Long,Y.Zhang,L.Su,S.He,C.Tang,P.Liu,H.Peng,and X.Fang,Adv.Mater.2018,30,1803165；W.Ouyang,F.Teng,and X.Fang,Adv.Funct.Mater.2018,28,1707178)。然而TiO₂半导体在空气中对O₂的吸脱附过程以及较多的表面态和缺陷的存在直接导致了器件的响应速度很慢，且零偏压下载流子的迁移效率受到限制，影响了器件的光响应度(L.Zheng,K.Hu,F.Teng,andX.Fang,Small 2017,13,1602448)，进而极大地限制了其可穿戴柔性纤维器件的应用。

异质结光伏型器件的构筑有望解决探测器光响应度和响应速度难以同时提升的矛盾，而如何有效构筑p-n结空间势垒区无疑是一大关键，尤其是p-型材料的选择(L.Su,W.Yang,J.Cai,H.Chen,and X.Fang,Small 2017,13,1701687；F.Teng,K.Hu,W.Ouyang,andX.Fang,Adv.Mater.2018,30,1706262)。P3HT是一种p-型导电半导体聚合物，既有金属和半导体的光电性质，又兼具有机聚合物的力学性能(柔性)和可加工性，可以通过溶液印刷的方式实现大面积、低成本的制备，与制作工艺要求很高的硅器件及高质量的无机宽禁带半导体器件相比极大地降低了成本。而P3HT较窄的带隙宽度(1.9eV)使其成为宽光谱响应的优异材料，被广泛运用于太阳能电池和光电探测器中(K.Zhang,Z.L.Wang,andY.Yang,ACSNano,2016,10,10331-10338；F.Guo,B.Yang,Y.Yuan,Z.Xiao,Q.Dong,Y.Bi andJ.Huang,Nature Nanotech.2012,7,798-802)。而其与无机半导体层的界面状态直接关系到两相间载流子分离和传输速率，因此Ti-TiO₂/P3HT的有效复合能充分实现异质结的光伏效应的最大化利用，从而提升自驱动器件的光探测性能。

(三)发明内容