基于氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的紫外光敏傳感器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及傳感器領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的紫外光敏傳感器及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]2006年，美國(guó)佐治亞理工學(xué)院教授王中林等成功地在納米尺度范圍內(nèi)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，研制出世界上最小的發(fā)電機(jī)-納米發(fā)電機(jī)。納米發(fā)電機(jī)的基本原理是:當(dāng)納米線(NWs，例如氧化鋅納米線)在外力下動(dòng)態(tài)拉伸時(shí)，納米線中生成壓電電勢(shì)，相應(yīng)瞬變電流在兩端流動(dòng)以平衡費(fèi)米能級(jí)。
[0003]氧化鋅納米線作為半導(dǎo)體材料，可以應(yīng)用于紫外光敏傳感器。紫外光敏傳感器能夠?qū)⒄丈湓谘趸\納米線的紫外光轉(zhuǎn)化為電能，從電極向外輸出。然而現(xiàn)有紫外光敏傳感器由于氧化鋅納米線的制備方法，具有靈敏度低、響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、制備工藝復(fù)雜等缺陷。
[0004]常規(guī)生長(zhǎng)氧化鋅納米線的方法為化學(xué)生長(zhǎng)方法，例如水熱法，使氧化鋅納米線在帶有種子層的金屬層基底表面生長(zhǎng)。以往，在氧化鋅納米線生長(zhǎng)過(guò)程中，培養(yǎng)液中產(chǎn)生的氣泡上升到溶液表面且時(shí)常被面朝下的基底表面捕獲，抑制了氧化鋅納米線在金屬層基底表面上均勻生長(zhǎng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]常規(guī)生長(zhǎng)納米線的方法，例如水熱法，氧化鋅納米線在金屬層基底表面生長(zhǎng)取向度較差，比表面積不高。本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的紫外光敏傳感器及其制備方法，增加了氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的比表面積，具有靈敏度高，響應(yīng)時(shí)間短的特點(diǎn)。
[0006]本發(fā)明采用靜電紡絲法-煅燒在叉指電極上生成氧化鋅納米膜，該氧化鋅納米膜由六邊纖鋅礦晶相的氧化鋅納米線構(gòu)成?；蛘撸瑑?yōu)選的進(jìn)一步以每根氧化鋅納米線為軸生長(zhǎng)氧化鋅納米柱以形成氧化鋅納米柱陣列，該氧化鋅納米柱是在(001)面優(yōu)勢(shì)取向的六角柱。由于合成的氧化鋅納米柱(六角柱)的寬高比較高，可以增加氧化鋅納米柱陣列單位體積里的比表面積。
[0007]由于氧化鋅納米膜跨越在叉指電極之上，而叉指電極的兩對(duì)電極之間不導(dǎo)通，當(dāng)紫外光照射在氧化鋅納米膜上，所輸出的電流從兩對(duì)電極向外輸出，紫外光敏傳感器輸出電流隨著紫外光強(qiáng)度呈近似線性的增加，增加了對(duì)微小電流變化的靈敏度。本發(fā)明紫外光敏傳感器，靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間快，制備工藝簡(jiǎn)單。
[0008]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的第一技術(shù)方案是:一種基于氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的紫外光敏傳感器，包括形成叉指電極的兩組電極，以及設(shè)置在叉指電極至少一側(cè)表面的氧化鋅納米膜；
[0009]所述氧化鋅納米膜由六邊纖鋅礦晶相的氧化鋅納米線構(gòu)成；
[0010]所述叉指電極的兩組電極不導(dǎo)通，形成所述紫外光敏傳感器的信號(hào)輸出端。
[0011]前述的基于氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的紫外光敏傳感器，所述氧化鋅納米膜由六邊纖鋅礦晶相的氧化鋅納米線平行構(gòu)成。
[0012]前述的基于氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的紫外光敏傳感器，所述氧化鋅納米線中摻雜有氧化銀。
[0013]前述的基于氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的紫外光敏傳感器，所述氧化鋅納米膜由煅燒靜電紡絲獲得的聚乙烯類(lèi)聚合物-鋅鹽纖維膜制成。
[0014]前述的基于氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的紫外光敏傳感器，所述氧化鋅納米膜由煅燒靜電紡絲獲得的聚乙烯類(lèi)聚合物-鋅鹽-銀鹽纖維膜制成。
[0015]前述的基于氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的紫外光敏傳感器，所述鋅鹽包括醋酸鋅、硝酸鋅、草酸鋅及它們的水合物；所述聚乙烯類(lèi)聚合物包括聚乙烯醇PVA或聚乙烯吡咯烷酮PVP ;所述銀鹽包括醋酸銀、硝酸銀或草酸銀。
[0016]前述的基于氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的紫外光敏傳感器，所述氧化鋅納米線的直徑為200_300nmo
[0017]前述的基于氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的紫外光敏傳感器，所述氧化鋅納米膜的厚度為500nm_lμ m。
[0018]前述的基于氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的紫外光敏傳感器，以每根構(gòu)成氧化鋅納米膜的氧化鋅納米線為軸進(jìn)一步生長(zhǎng)有氧化鋅納米柱，構(gòu)成氧化鋅納米柱陣列，形成帶有氧化鋅納米柱的氧化鋅納米膜，所述氧化鋅納米柱是(001)面優(yōu)勢(shì)取向的六角柱。
[0019]前述的基于氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的紫外光敏傳感器，所述六角柱橫截面最大長(zhǎng)度為200-300nm,六角柱高度為2-3 μ m。
[0020]前述的基于氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的紫外光敏傳感器，所述帶有氧化鋅納米柱的氧化鋅納米膜的厚度為5-8 μ m。
[0021]前述的基于氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的紫外光敏傳感器，每立方微米氧化鋅納米膜平均由2-3根氧化鋅納米線構(gòu)成，氧化鋅納米柱彼此交纏。
[0022]前述的基于氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的紫外光敏傳感器，所述叉指電極由在基板上沉積或涂布金、銦錫金屬氧化物、銀、銅或鋁形成。
[0023]前述的基于氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的紫外光敏傳感器，所述基板是硅、玻璃或有機(jī)玻璃。
[0024]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的第二技術(shù)方案是:一種基于氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的紫外光敏傳感器的制備方法，該方法包括:
[0025]( I)配制氧化鋅納米膜用靜電紡絲液
[0026]將聚乙烯類(lèi)聚合物加入到溶劑中，待聚乙烯類(lèi)聚合物溶解后，向液體中加入鋅鹽，然后混合均勻得到靜電紡絲液；其中，聚乙烯類(lèi)聚合物與鋅鹽的重量比為1-5:0.5-3 ；
[0027](2)靜電紡絲
[0028]將步驟(I)所得靜電紡絲液加入到靜電紡絲裝置中，然后將靜電紡絲液注射到形成叉指電極的兩組電極的至少一側(cè)表面上進(jìn)行靜電紡絲，在叉指電極的至少一側(cè)表面上獲得聚乙烯類(lèi)聚合物-鋅鹽纖維膜；以及
[0029](3)煅燒
[0030]將步驟(2)所得聚乙烯類(lèi)聚合物-鋅鹽纖維膜連同叉指電極一起進(jìn)行煅燒，煅燒條件為:按照2-10°C/min的升溫速率升溫至500-600°C，恒溫煅燒1-6小時(shí)；然后冷卻到室溫，得到氧化鋅納米膜，所述氧化鋅納米膜由六邊纖鋅礦晶相的氧化鋅納米線構(gòu)成。
[0031 ] 前述的基于氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的紫外光敏傳感器的制備方法，步驟(3 )中，該方法還包括得到紡絲纖維有序排列的聚乙烯類(lèi)聚合物-鋅鹽纖維膜。
[0032]前述的基于氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的紫外光敏傳感器的制備方法，靜電紡絲之前，將叉指電極放置在載體的容置腔中；其中，該載體包括第一載體底材，設(shè)置在第一載體底材一側(cè)表面的第二載體底材和第三載體底材，第二載體底材和第三載體底材平行并間隔設(shè)置，在第二載體底材上設(shè)有第一金屬條，在第三載體底材上設(shè)有第二金屬條，第一金屬條與第二金屬條平行設(shè)置；第二載體底材和第一金屬條，與第三載體底材和第二金屬條之間形成容置腔。
[0033]前述的基于氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的紫外光敏傳感器的制備方法，所述第一金屬條和第二金屬條所用材質(zhì)是鋁箔、銅箔、鋁片或銅片；所述第一載體底材、第二載體底材和第三載體底材所用材質(zhì)是絕緣材料。
[0034]前述的基于氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的紫外光敏傳感器的制備方法，所述氧化鋅納米膜由六邊纖鋅礦晶相的氧化鋅納米線平行構(gòu)成。
[0035]前述的基于氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的紫外光敏傳感器的制備方法，步驟(I)中，所述鋅鹽包括醋酸鋅、硝酸鋅、草酸鋅及它們的水合物；所述溶劑包括甲基甲酰胺DMF，乙醇ethanol或四氫呋喃THF ;所述聚乙烯類(lèi)聚合物包括聚乙烯醇PVA或聚乙烯吡咯烷酮PVP。
[0036]前述的基于氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的紫外光敏傳感器的制備方法，在靜電紡絲液中添加銀鹽，然后在步驟(2)，在叉指電極的至少一側(cè)表面上獲得聚乙烯類(lèi)聚合物-鋅鹽-銀鹽纖維膜；其中所述銀鹽包括醋酸銀、硝酸銀或草酸銀。
[0037]前述的基于氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的紫外光敏傳感器的制備方法，步驟(2)中，在電壓為10kV-20kV，接收距離為8cm-20cm，推動(dòng)速度0.lml/hr-lml/hr條件下，將靜電紡絲液注射到叉指電極上進(jìn)行靜電紡絲。
[0038]前述的基于氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的紫外光敏傳感器的制備方法，紡絲時(shí)間為30秒到10分鐘。
[0039]前述的基于氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的紫外光敏傳感器的制備方法，步驟(3)中，所述氧化鋅納米線的直徑為200nm-300nm。
[0040]前述的基于氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的紫外光敏傳感器的制備方法，所述氧化鋅納米膜的厚度為 500nm_l μ m。
[0041]前述的基于氧化鋅納米結(jié)