[发明专利]Au/TiO2

说明书

本发明提供了一种Au/TiO₂/P3HT异质结纤维及其制备方法，以及在制备光电探测器中的应用；本发明以钛微米线为基底，通过二次阳极氧化‑管式炉中退火‑负压浸渍的方法制备得到TiO₂/P3HT异质结纤维后，利用等离子溅射仪在TiO₂/P3HT异质结纤维表面沉积Au纳米颗粒，通过沉积时间的控制来调节Au纳米颗粒的大小和分布，得到Au/TiO₂/P3HT异质结纤维；利用本发明Au/TiO₂/P3HT异质结纤维可构筑具有优异紫外光选择性、超高响应度和高度柔韧性的Au/TiO₂/P3HT异质结纤维光电探测器，利用Au的等离子体共振效应，实现了紫外区光响应度提高幅度最高可达600～900％。

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Au/TiO₂/P3HT异质结纤维及其制备方法，以及在异质结纤维光电探测器的构筑中的应用。

背景技术

光电探测器因其具有的将光辐射信号转换为电子信号的能力而被广泛运用于空间通信、环境监测、火焰探测等领域(H.Chen,K.Liu,L.Hu,A.A.Al-Ghamdi,X.Fang,Mater.Today.2015,18,493)。相比于传统二维结构的光电探测器，纤维状柔性探测器因满足未来便携式电子器件的轻量化、小型化、柔性可穿戴等要求愈发受到研究人员的关注。在原先提出的光电探测器的5S评价指标(M.Liao, L.Sang,T.Teraji,M.Imura,J.Alvarez,Y.Koide,Jpn.J.Appl.Phys.2012,51,090115)：灵敏度、信噪比、响应速度、光选择性和稳定性之外，考虑到柔性器件在不同应变工况下的性能变化，研究者们提出了更多的要求：便携性、柔韧性以及机械强度(S.Cai,X.Xu,W.Yang,J.Chen,X.Fang,Adv.Mater. 2019,1808133)。

异质结型光伏器件可以通过构筑p-n结空间势垒区来实现探测器的自驱动，即零偏压下内建电场有效分离光生电子空穴对，产生短路电流或开路电压。但由于纤维探测器的活性材料少，受光面积受限，零偏压下内在驱动力弱等原因导致光响应度比同样结构的平面器件要低得多。此外，纤维器件活性材料与纤维基底之间以及电极与活性材料之间的结合力较弱，导致在重复性弯曲工况下自驱动探测性能极其不佳(Z.Zhu,D.Ju,Y.Zou,Y.Dong,L.Luo,T.Zhang,D.Shan,and H.Zeng,ACS Appl.Mater.Interfaces.2017,9,12092；Y.H.Ko,G.Nagaraju,J.S.Yu,Nanoscale 2015,7,2735；Z.Zhu, S.Wang,Y.Zhu,X.Liu,Y.Zou,Y.Gu,D.Ju,H.Zeng,Adv.Mater.Interfaces 2018,1800136)。

金属纳米粒子通过光诱导局部表面等离子共振引起的自由电子振荡，实现了光吸收、光散射和局域电磁场的增强，因此，基于金属纳米粒子等离子共振原理来增强器件响应度的方法成为研究的热点。例如基于Au-ZnO纳米丝的探测器(K.Liu,M.Sakurai,M.Liao,M.Aono,J.Phys.Chem.C.2010, 114,19835)，Au修饰增强的基于钙钛矿-石墨烯的探测器(Z.Sun,L.Aigouy,Z.Chen,Nanoscale.2016, 8,7377)，单根Se微米管的探测器(K.Hu,H.Chen,M.Jiang,F.Teng,L.Zheng,X.Fang,Adv.Funct. Mater.2016,26,6641)，导电聚合物BPE-PTCDI纳米丝的光电探测器(J.Jung,M.Yoom,J.Lim,Y.Lee, K.Lee,D.Kim,J.Oh,Adv.Funct.Mater.27,1604528)。然而目前Au修饰手段的应用主要集中在“平面式”光电探测器，有关“纤维状”光电探测器的响应度增强还未见报道。

发明内容