基于柔性基底的全印刷光電探測器及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種光電探測器，具體涉及一種基于柔性基底的全印刷光電探測器及其制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著納米結構材料的發展，納米結構器件化應用成為目前也是未來研究的熱點領域，新的納米半導體材料的出現推動了基于納米材料的光電探測器的研發。納米材料大的比表面積以及相對小的體積使納米結構的光電探測器展現出超高的光響應靈敏度。
[0003]硫化鉍是V-VI族的直接帶隙半導體，室溫下的禁帶寬度為1.3eV，具有環境友好、光伏轉換和本征光電導等一系列優良性能。硫化鉍納米線是一維結構的半導體納米材料，近年來由于其具有良好的電學和光學性質而備受關注。
[0004]柔性基底具有質量輕、耐用性好、可彎曲、低成本批量生產等優點，與硅基或石英基相比，有更好的生物相容性，電絕緣性和熱隔離性，因而在光學、電子、化學和醫療等領域有廣泛應用。目前，基于柔性基底的器件研究在學術界已成為熱點，如何低成本、簡單高效、高精度實現柔性器件的制作是首要面對的問題。
[0005]絲網印刷作為四大印刷方法之一，具有設備簡單、操作便捷、成本低廉、適應性強等特點。目前，許多研究中都利用絲網印刷技術將線路板及電極附著在基底上。本發明擬分別將銀膠和制得的硫化鉍納米材料漿料先后利用絲網印刷技術印刷到柔性基底上實現全印刷光電探測器的制備，為制備性能更優的光電探測器提供新的思路。
【發明內容】
[0006]有鑒于此，本發明的目的在于提供一種基于柔性基底的全印刷光電探測器及其制備方法。通過本發明所述方法獲得的光電探測器成本低廉，性能優良。
[0007]本發明采取如下技術方案達到上述目的:
[0008]1、基于柔性基底的全印刷光電探測器的制備方法，包括以下步驟:
[0009]I)制備硫化鉍納米線；
[0010]2)用水性粘合劑將步驟I)所得硫化鉍納米線制成漿料;水性粘合劑與硫化鉍納米線的質量比為1:7-8;
[0011]3)通過絲網印刷將導電銀膠印刷在柔性基底上形成一對指狀交叉電極，烘干；
[0012]4)通過絲網印刷在步驟3)制得的指狀交叉電極上涂一層步驟2)制得的硫化鉍納米線漿料，真空干燥即得全印刷光電探測器。
[0013]優選的，所述步驟I)中制備硫化鉍納米線的具體步驟包括:將EDTA-Na2、Bi(NO3)3.5H20、硫代蘋果酸制備成混合溶液，然后將混合溶液放入反應釜中160°C反應24h，冷卻，抽濾，洗滌，得硫化祕納米線。
[0014]優選的，所述EDTA-Na2、Bi(NO3)3.5出0、硫代蘋果酸的質量比為93:20:18。
[0015]優選的，所述步驟2)中水性粘合劑與硫化鉍納米線的質量比為1:7-8。
[0016]優選的，所述步驟2)中所述水性粘合劑為LA133或聚偏氟乙烯。
[0017]優選的，所述步驟2)中制備漿料的具體步驟包括:先將配比量的水性粘合劑加入水攪拌30min，然后邊攪拌邊加入步驟I)制得的硫化祕納米線材料，繼續攪拌1h即得硫化鉍納米線漿料;所述納米線漿料中水性粘合劑與硫化鉍總固形物百分含量為50%。
[0018]優選的，所述步驟2)中制備漿料的具體步驟包括:將配比量的水性粘合劑和硫化鉍納米線混合研磨，邊研磨邊逐滴加入N-甲基吡咯烷酮直至水性粘合劑和硫化鉍納米線混合均勾形成硫化祕納米線楽料。
[0019]優選的，所述步驟3)中指狀交叉電極間距為0.5mm。
[0020]優選的，所述柔性基底為聚對苯二甲酸乙二酯，聚二甲基硅氧烷，棉、麻、絲織品或硅基底。
[0021]2、上述制備方法制得的基于柔性基底的全印刷光電探測器。
[0022]本發明的有益效果在于:本發明用水熱法制得硫化鉍納米線，并將其進一步配制成可以進行絲網印刷的漿料，通過絲網印刷技術先后在柔性基底上附著銀電極和硫化鉍納米材料漿料而制備得到全印刷光電探測器。通過對本發明制備的光電探測器在不同波段和不同強度下的光電導響應測試，不同頻率間歇光照射下的響應速度測試，柔性測試，不同印刷圖形在間歇光照射下的響應速度測試，均得到較好的光電導性能，表明柔性基底全印刷光電探測器性能良好。另外，硫化鉍納米線制備簡易，柔性基底既可以是棉麻絲等織品，又可以是PET塑料、硅基底等，可彎曲、耐用性好，而絲網印刷技術成本低廉，易用于大規模生產，以上優點都使得本發明具有潛在應用價值。
【附圖說明】
[0023]為了使本發明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發明提供如下附圖:
[0024]圖1在柔性基底上制備全印刷光電傳感器的過程示意圖。
[0025]圖2硫化鉍納米線場發射掃描電鏡圖，圖中A圖為硫化鉍納米線的場發射掃描電鏡圖4圖為單根硫化鉍納米線的場發射掃描電鏡圖。
[0026]圖3全印刷光電探測器制備過程中的掃描電鏡圖，其中A圖為柔性基底的掃描電鏡圖3圖為柔性基底上印刷銀電極后的掃描電鏡圖，(:圖為在帶有銀電極的柔性基底上印刷一層硫化鉍納米線漿料的掃描電鏡圖，D圖為全印刷光電探測器在掃描電鏡下的側視圖。
[0027]圖4全印刷光電探測器的光響應測試原理圖及其在不同斬光盤轉動頻率下的i_t曲線圖，其中，A圖為全印刷光電探測器的光響應測試示意圖，B-D圖為全印刷光電探測器分別在斬光盤頻率為I OHz、50Hz、200Hz時的1-t曲線圖。
[0028]圖5全印刷光電探測器在暗態和不同波段的光照射下以及不同強度的光照射下的1-V曲線圖，其中，A圖為在暗態和不同波段光照射下全印刷光電探測器的1-V曲線圖，B圖為在暗態和不同強度光照射下全印刷光電探測器的1-V曲線圖。
【具體實施方式】
[0029]下面對本發明的優選實施例進行詳細的描述。實施例中未注明具體條件的實驗方法，通常按照常規條件或按照制造廠商所建議的條件。
[0030]實施例1
[0031]基于柔性基底的全印刷光電探測器的制備方法，包括以下步驟:
[0032]I)制備硫化鉍納米線:分別將930mg EDTA-Na2、200mg Bi(NO3)3.5H20、180mg硫代蘋果酸先后溶入50ml去離子水中，再將上述混合溶液轉移進50ml的聚四氟乙烯為內膽的反應釜中，放入烘箱，160°C反應24h;反應結束后，使反應釜自然冷卻至室溫，抽濾收集制得的材料并用去離子水反復沖洗即得到硫化鉍納米線；
[0033]2)制備硫化祕納米線楽料:按重量比計，聚偏氟乙稀:硫化祕納米線材料=1:8的比例稱取水性粘合劑和硫化鉍納米線，將二者混合在研缽內，邊研磨邊向研缽內逐滴滴加N-甲基吡咯烷酮直至將PVDF和硫化鉍納米線混合均勻形成硫化鉍納米線印刷漿料；
[0034]3)電極印刷:裁剪4cm X 5cm的聚二甲基硅氧烷，并通過絲網印刷技術將銀膠印刷在聚二甲基硅氧烷上形成一對長2.5cm、寬2.5cm以及間距0.5mm的指狀交叉電極，放入烘箱100°C 下干燥 30min;
[0035]4)漿料印刷:將步驟2)制備好的硫化鉍納米線漿料利用絲網印刷技術附著在帶有指狀交叉電極的聚二甲基硅氧烷上，將其放入真空干燥箱30°C下干燥4h即得全印刷光電探測