Cu/CuI/ZnO结构的紫外光探测器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种Cu/CuI/ZnO结构的紫外光探测器及其制备方法，在柔性、透明的衬底上通过喷涂沉积一层铜纳米线(Cu NWs)导电网络薄膜，然后通过碘化，使单质碘与Cu NWs表面反应得到CuI的外层。接下来用溶胶‑凝胶法在Cu/CuI结构上面预生长一层氧化锌的晶种，再采用低温水热的方法在Cu/CuI结构上面生长氧化锌纳米材料的活性层，然后在上面制备电极制得紫外传感器件。该紫外传感器的透光度在60%以上，在2v的电压下具有良好的紫外传感性能，而且具有良好的机械性能，在弯折1000次后还可以保持原来的传感性能不发生衰减。本发明专利技术工艺简单，成功的制备了一种异质结结构，可以大规模制备。

Ultraviolet detector with Cu/CuI/ZnO structure and its preparation method

The invention relates to a Cu/CuI/ZnO ultraviolet detector and a preparation method thereof. A layer of copper nanowire (Cu NWs) conductive network film is deposited on a flexible and transparent substrate by spraying, and the outer layer of CuI is obtained by iodizing the elemental iodine with the surface of Cu NWs. Next, a layer of Zinc Oxide seed was preformed on the Cu/CuI structure by sol-gel method. Then the active layer of Zinc Oxide nanomaterials was grown on the Cu/CuI structure by low temperature hydrothermal method, and then the electrode was fabricated to prepare the UV sensor. The transmittance of the ultraviolet sensor is more than 60%. It has good ultraviolet sensing performance at 2 V voltage and good mechanical properties. It can keep the original sensing performance after 1000 bends. The invention is simple in technology and has successfully prepared a heterojunction structure, which can be prepared in large scale.

【技术实现步骤摘要】
Cu/CuI/ZnO结构的紫外光探测器及其制备方法
本专利技术涉及一种紫外光探测器及其制备方法，尤其是一种基于Cu/CuI/ZnO结构的紫外光探测器及其制备方法，属于纳米材料制备与应用传感

技术介绍
紫外线的暴露越来越受到关注，因为臭氧空洞的增加，这对于人类的身体健康有较大的危害。由于紫外线辐射引起的自由基化学物质的生成各种病理的发展，如癌证、衰老、炎症性疾病等一些疾病。因此，紫外探测器作为一种很重要的角色可以探测紫外线的强度来保护人体的健康。纳米结构的紫外探测器提供了在可见光领域提供了柔性和透明的可能。对于这一目的，一维宽禁带半导体纳米结构比较受到欢迎。在这些材料之中，氧化锌拥有直接的禁带宽度3.37ev和较大的束缚能60mev，有非常大的潜力被应用在紫外探测器中。根据不同的工作原理，有三种类型的氧化锌紫外探测器:光电紫外探测器、肖特基紫外探测器和p-n结紫外探测器。相比于前两种传感器，p-n结紫外探测器来说具有更快速的响应速度和高的稳定性。此外将其直接制备在柔性衬底上面，可以满足未来可穿戴电子设备对于耐弯折、拉伸等柔性化和透明性的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：针对现有技术存在的缺陷，提出一种Cu/CuI/ZnO结构的紫外光探测器及其制备方法，能够为了达到以上目的，本专利技术提供了一种基于Cu/CuI/ZnO结构的紫外光探测器，由内至外依次包括衬底、Cu/CuI/ZnO双壳层结构及电极层；所述衬底的外表面覆盖有铜纳米线制备而成的导电网络薄膜层，所述薄膜层的外表面具有碘化后形成的P型CuI壳层，所述P型CuI壳层与在其上面生长的N型ZnO壳层形成CuI/ZnO异质结结构；所述铜纳米线的长度为5~20μm，直径为80~120nm；所述ZnO壳层，通过水热法在CuI壳层表面生长形成，ZnO纳米材料轴向生长于Cu/CuI线上。进一步的，所述衬底为透明柔性材料制成，所述透明柔性材料包括但不限于PET、PDMS或PU。进一步的，所述电极层为通过掩模版在氧化锌纳米材料层上蒸渡的金属薄膜层叉指电极。Cu/CuI/ZnO结构的紫外光探测器的制备方法，包括如下步骤：步骤1，衬底处理：选用透明柔性材料制作衬底，经等离子处理除去其表面杂质，增加其亲水性；步骤2，CuNWs层的沉积：在衬底上利用喷涂技术沉积一层CuNWs，制成导电网格状的薄膜层，所述薄膜层的厚度为1~5μm，方阻为100~120Ω.sq–1，透光度＞60%；步骤3，Cu/CuI层的制备：将制备好的具有薄膜层的导电柔性基底与碘单质放置在一个密闭的容器中，在60°C下保持3~5h，制成Cu/CuI层；步骤4，ZnONWs层的制备：在制备完成的Cu/CuI层上固定好掩膜板，并在其表面滴涂晶种溶液，沉积一层ZnO薄膜层作为晶种层，得到叉指电极形状的薄膜，然后置于热水浴的烧杯中，使用含有Zn+的碱性反应溶液，将样品插入至碱性反应溶液中，并对其进行固定，制成ZnONWs层；步骤5，将步骤4中获得的样品放置于在70~85°C的水浴中反应1~5h，反应后将衬底用去离子水清洗干净，置于烘箱中烘干，在120°C下进行退火，最终得到对紫外光具有高敏感度的Cu\CuI\ZnO双壳层结构的紫外光探测器。进一步的，所述步骤4中的晶种溶液为二水合醋酸锌、聚乙烯醇按1：1的摩尔比溶解在乙醇溶液中配置而成，浓度为0.005M的醋酸锌溶液。碱性反应溶液为0.01~0.03M的六水合硝酸锌及六次亚甲基四胺水溶液，并在其中加入0.005~0.015M的聚乙烯亚胺作为活性剂。由此制成的紫外光探测器的透光度在60%，在2V操作电压下具有良好的灵敏度，并且在机械弯折1000次后保持原有的传感性能不发生衰减。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：（1）本专利技术中，利用金属纳米线(CuNWs)制备的薄膜结构，具有优异的柔韧性、延展性能和透光度；（2）本专利技术中，制备的一维纳米结构ZnONWs轴向生长于CuNWs/CuI结构上，具有比其他平面结构更大的有效面积，增强了器件的传感性能；（3）本专利中的Cu/CuI/ZnONWs，最内层的CuNWs层可以增加电子的迁移速率，外层的CuI/ZnONWs为一种有效的异质结结构，可以有效的增强紫外传感性能。附图说明下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。图1是本专利技术的紫外光探测器在不同倍率下的SEM图，图1（a）为本专利技术的紫外光探测器在低倍率下(标尺为10μm)的SEM图；图1（b）为本专利技术的紫外光探测器在高倍率下(标尺为1μm)的SEM图。图2是本专利技术的紫外光探测器的紫外测试的性能图。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本专利技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。本专利技术提供的一种基于Cu/CuI/ZnO结构的紫外光探测器，由内至外依次包括衬底、Cu/CuI/ZnO双壳层结构及电极层；所述衬底的外表面覆盖有铜纳米线制备而成的导电网络薄膜层，所述薄膜层的外表面具有碘化后形成的P型CuI壳层，所述P型CuI壳层与在其上面生长的N型ZnO壳层形成CuI/ZnO异质结结构，且ZnO纳米材料轴向生长于Cu/CuI线上，在氧化锌纳米材料层上具有电极层，该电极层为通过掩模版蒸渡的金属薄膜层叉指电极。实施例1制备过程如下：1)衬底处理：将PET衬底经等离子处理除去其表面杂质，增加亲水性。2)CuNWs层的沉积：将CuNWs的乙醇分散液喷涂于PET衬底沉积形成CuNWs的导电网络薄膜，CuNWs的长度为5~20μm，直径为80~120nm；将薄膜在120°C的蒸空干燥箱中退火，要求薄膜方阻在100-120Ω.sq–1，透光度大于60%。3)Cu/CuI层的制备：将喷涂有CuNWs的PET基底放置在加有0.2g碘单质的1L封闭容器中，将其加热到60°，保持3h。其自然冷却后，取出样品，用乙醇将表面的碘单质清洗掉。4)Cu/CuI/ZnONWs层的制备：a)称取二水合醋酸锌、聚乙烯醇按1：1的摩尔比溶解在乙醇（ethanol）溶液中配置成浓度为0.005M的醋酸锌溶液。b）取0.1mL上述醋酸锌溶液滴涂于掩膜板覆盖的Cu/CuI/PET衬底上，放入120°C烘箱中烘干30min，得表面附有氧化锌晶种的样品。c）将六水合硝酸锌、六次亚甲基四胺等摩尔溶解于去离子水中，并加入0.005-0.015M的PEI，配成0.01-0.03M的生长溶液；将表面附有氧化锌晶种的Cu@CuI/PET衬底放置于硝酸锌溶液中，75-80°C下反应1-5h；取出样品，去除掩膜板，用大量去离子水冲洗，直到衬底表面没有氧化锌附着物为止，即得Cu/CuI/PET样品。实施例2制备过程如下：1)衬底处理：将PEDS衬底经等离子处理除去其表面杂质，增加亲水性。2)CuNWs层的沉积：将CuNWs的乙醇分散液喷涂于PET衬底沉积形成CuNWs的导电网络薄膜，CuNWs的长度为5~20μm，直径为80~120nm；将薄膜在120°C的蒸空干燥箱中退火，要求薄膜方阻在100-120Ω.sq–1，透光度大于60%。3)Cu/CuI层的制备：将喷涂有CuNWs的PET基底放置在加有0.2g碘单质的1L封闭容器中，将其加热到60°，保持3h。其自然冷却后，取出样品，用乙醇将表面的碘单本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.Cu/CuI/ZnO结构的紫外光探测器，其特征在于：由内至外依次包括衬底、Cu/CuI/ZnO双壳层结构及电极层；所述衬底的外表面覆盖有铜纳米线制备而成的导电网络薄膜层，所述薄膜层的外表面具有碘化后形成的P型CuI壳层，所述P型CuI壳层与在其上面生长的N型ZnO壳层形成CuI/ZnO异质结结构；所述铜纳米线的长度为5~20μm，直径为80~120 nm；所述ZnO壳层，通过水热法在CuI壳层表面生长形成，ZnO纳米材料轴向生长于Cu/CuI线上。

【技术特征摘要】
1.Cu/CuI/ZnO结构的紫外光探测器，其特征在于：由内至外依次包括衬底、Cu/CuI/ZnO双壳层结构及电极层；所述衬底的外表面覆盖有铜纳米线制备而成的导电网络薄膜层，所述薄膜层的外表面具有碘化后形成的P型CuI壳层，所述P型CuI壳层与在其上面生长的N型ZnO壳层形成CuI/ZnO异质结结构；所述铜纳米线的长度为5~20μm，直径为80~120nm；所述ZnO壳层，通过水热法在CuI壳层表面生长形成，ZnO纳米材料轴向生长于Cu/CuI线上。2.根据权利要求1所述的Cu/CuI/ZnO结构的紫外光探测器，其特征在于：所述衬底为透明柔性材料制成，所述透明柔性材料包括但不限于PET、PDMS或PU。3.根据权利要求1所述的Cu/CuI/ZnO结构的紫外光探测器，其特征在于：所述电极层为通过掩模版在氧化锌纳米材料层上蒸渡的金属薄膜层叉指电极。4.Cu/CuI/ZnO结构的紫外光探测器的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1，衬底处理：选用透明柔性材料制作衬底，经等离子处理除去其表面杂质，增加其亲水性；步骤2，CuNWs层的沉积：在衬底上利用喷涂技术沉积一层CuNWs，制成导电网格状的薄膜层，所述薄膜层的厚度为1~5μm，方阻为100~120Ω.sq–1，透光度...

【专利技术属性】
技术研发人员：李谊，孙志鹏，韩笑，吴雪卫，周伟欣，陈剑宇，马延文，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32