本发明专利技术提供了一种大面积PbI2薄片的合成及其柔性光电探测器的构建。所述的大面积PbI2薄片的合成方法，其特征在于，包括将氯化铅、碘和硫脲加入到反应釜中，反应釜内装入水至总体积的80％‑90％，进行搅拌、超声后，放入烘箱在120‑150℃下保持8‑12小时，然后自然冷却至室温；将产物过滤并洗涤，干燥后，获得PbI2薄片。本发明专利技术溶液合成方法简单，产物尺寸大、产量高，器件构建工艺简单，易于规模生产，重复性好。
Synthesis of a large area PbI2 wafer and construction of its flexible photodetector
The invention provides the synthesis of a large area PbI2 sheet and the construction of its flexible photoelectric detector. The synthesis method of the large area PbI2 thin sheet is characterized in that the lead chloride, iodine and thiourea are added to the reaction kettle, the water is filled into the reaction kettle to 80%90% of the total volume, and the product is filtered and cooled naturally to the room temperature after stirring and ultrasonic treatment. After washing and drying, obtain PbI2 flakes. The solution synthesis method of the invention is simple, the product size is large, the output is high, the device construction process is simple, the scale production is easy, and the repeatability is good.
【技术实现步骤摘要】
一种大面积PbI2薄片的合成及其柔性光电探测器的构建
本专利技术涉及层状材料合成，特别涉及大面积PbI2薄片合成。
技术介绍
柔性电子器件因其伸缩性，灵活性和可穿戴性而成为电子行业下一个有前景的领域。最近出现的二维(2D)层状材料由于具有大的比表面积和可调的带隙，在光电探测器(PD)，场效应晶体管(FET)，太阳能电池，和柔性器件中显示出有前景的应用。作为铅卤化物钙钛矿的重要前驱体，碘化铅(PbI2)是一种本征层状半导体材料，其中包含夹在两层I原子之间的Pb原子层，该I-Pb-I三明治层是重复单元。I-Pb-I层的厚度约为0.7nm，相邻三明治中的I原子之间的距离为0.42nm，相邻三明治中的I-I平面之间的距离为0.35nm。对于层状的PbI2，平面中存在强共价键，但弱范德瓦尔斯相互作用主导平面外。体相PbI2是一种直接宽带隙半导体，其带隙在2.2-2.6eV范围内，作为伽玛辐射和X辐射的室温探测器材料。传统的器件制造工艺主要限于刚性衬底和真空沉积方法。到目前为止，大多数基于PbI2的器件的报道中，二维PbI2材料是通过物理气相沉积(PVD)合成的。大面积的二维PbI2材料可以从块状晶体中剥离，这些方法存在耗时、产量低等限制。最近的结果表明PbI2材料可以通过温度梯度结晶由水溶液合成。另外，已经报道了几种基于PbI2纳米线，纳米片和晶体切片的柔性探测器。良好的机械特性可以很好地满足下一代柔性电子和光电子的实际要求。然而，通过上述PVD或溶液路线获得的2D材料的尺寸通常被限制在几十微米的范围内，这可能妨碍放大器件构造。因此，简单的合成大面积该类层状材料对光电器件的开发和钙钛矿前驱体的实际应用具有重要意义，这将促进这种与目前微纳米器件制造工艺兼容的新兴材料的整合。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种大面积PbI2薄片的合成及其柔性光电探测器构建的方法。该样品合成与器件构建工艺方法简单，易于规模生产，重复性好。有助于解决二维层状材料面积小、产量低的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种大面积PbI2薄片的合成方法，其特征在于，在硫脲存在的情况下将氯化铅和碘反应，得到PbI2薄片。本专利技术还提供了一种大面积PbI2薄片的合成方法，其特征在于，包括将氯化铅(PbCl2)、碘(I2)和硫脲((NH2)2CS)加入到反应釜中，反应釜内装入水至总体积的80％-90％，进行搅拌、超声后，放入烘箱在120-150℃下保持8-12小时，然后自然冷却至室温；将产物过滤并洗涤，干燥后，获得PbI2薄片。优选地，所述的PbI2薄片的面积为1mm2-25mm2。优选地，所述的PbI2薄片为毫米尺寸具有金属外观的橙黄色薄片。优选地，所述的氯化铅、碘和硫脲的摩尔质量比为1：0.8-1.2：0.7-0.9。优选地，所述的氯化铅、碘和硫脲的摩尔质量比为1：1：0.8。优选地，所述的氯化铅和去离子水的比例为：0.02-0.2mol：1L优选地，所述的反应温度为120-150℃，时间为8-12小时。本专利技术还提供了一种柔性光电探测器的构建方法，其特征在于，包括：步骤1：将柔性PI(聚酰亚胺)胶带粘贴在带有电极阵列图案的金属掩膜版上，将柔性PI(聚酰亚胺)胶带揭下，得到带有空白电极图案的柔性PI胶带；步骤2：将上述的PbI2薄片样品粘在柔性PI胶带上的空白电极图案处；步骤3：在柔性PI胶带表面覆盖金属掩膜版，在PbI2薄片样品上分别溅射沉积Cr电极和Au电极，由此得到柔性光电探测器。优选地，所述的步骤2还包括：根据需要，粘贴另一份带有空白电极图案的柔性PI胶带在粘有PbI2薄片样品的柔性PI胶带上，揭开，得到多份样品。优选地，所述的溅射沉积电极厚度为10nmCr和50nm-100nmAu。优选地，所述的电极阵列图案的沟道宽度1毫米，间距50微米。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术通过水热法合成大面积PbI2薄片，方法简单，产量高，并且可扩展到其他二维材料，也为钙钛矿材料提供了前驱物选择；基于PbI2薄片构建柔性器件的工艺简单，通过胶带对贴得到多组样品，操作灵活可批量生产，提供了简单的器件制造途径。附图说明图1为PbI2薄片柔性器件的制备工艺。(a)将柔性PI胶带粘贴在金属掩膜版上并留下图案；(b)根据先前的图案将片状样品放置到柔性PI胶带上；(c)在柔性PI胶带衬底表面覆盖金属掩膜版，顺序溅射沉积10nmCr和50nmAu；(d)由此产生的片状柔性器件。图2为生长的PbI2薄片的表征。(a)毫米级PbI2单晶薄片的光学图像。(b)PbI2薄片的横截面SEM图像。(c)生长的PbI2薄片的XRD衍射图。(d)生长的PbI2薄片的拉曼光谱。(e)PbI2薄片的UV-vis吸收光谱。(f)PbI2薄片的UV-Vis吸收光谱的K-M转换以计算带隙。图3为聚酰亚胺(PI)衬底上的PbI2薄片光电探测器的光电特性。(a)基于PbI2的柔性光电探测器的示意图。高倍率光学图像显示器件的沟道长度为50μm。(b)在偏压为1，2和5V时，连续变化波长为300-600nm的PbI2薄片的光谱响应。(c)具有470nm和510nm照明光的器件的I-V曲线。(d)在2V偏压下，在不同的入射光功率下470nm和510nm光照下光电流开关行为。(e)来自图3d的光光电流开关的一个周期。当光源开启时，光电流急剧增加，光响应上升时间小于30ms。当光源关闭时，光电流迅速下降到零，光响应下降时间小于30ms(仪器的可检测极限)。图4为在2V偏压下，在470nm和510nm的光照下，PI衬底上PbI2薄片光电探测器的时间分辨光响应。基于PI衬底的PbI2薄片光电探测器显示出优异的柔韧性，机械稳定性，耐折性和长期稳定性。(a)在三种不同的弯曲状态下器件的光电流开关行为。上面的插图是器件在三种弯曲状态下相应的图像。(b)在100和300次弯曲循环之前和之后获得的光电流开关行为。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例1一种大面积PbI2薄片的合成方法，具体步骤为：称取0.005摩尔氯化铅(PbCl2，1.40g)，0.008摩尔碘(I2，1.0g)和0.004摩尔硫脲((NH2)2CS，0.30g)加入到50ml容量的反应釜中。反应釜内装入去离子水至总体积的85％，进行30min、500r/min搅拌和40KHz超声30min后，放入烘箱在150℃下保持10小时，然后自然冷却至室温。将产物过滤并用去离子水洗涤数次，随后在70℃真空干燥3h后，收集得到PbI2薄片，为毫米尺寸具有金属外观的橙黄色薄片，面积为1mm2-25mm2。图2为样品表征结果，图2a看到黄色薄片横向尺寸可达5mm。从图2b样品的横截面可以看出，层状结构PbI2薄片的厚度范围从几微米到几十微米。图2c中的XRD图谱表明薄片结晶为六方结构，仅观察到(00l)的衍射峰(JCPDS，No.07-1750)，这进一步证实了所得的PbI2薄片沿I-Pb-I夹心层的c轴片状堆叠。图2d为本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种大面积PbI2薄片的合成方法，其特征在于，包括将氯化铅、碘和硫脲加入到反应釜中，反应釜内装入水至总体积的80％‑90％，进行搅拌、超声后，放入烘箱在120‑150℃下保持8‑12小时，然后自然冷却至室温；将产物过滤并洗涤，干燥后，获得PbI2薄片。
【技术特征摘要】
1.一种大面积PbI2薄片的合成方法，其特征在于，包括将氯化铅、碘和硫脲加入到反应釜中，反应釜内装入水至总体积的80％-90％，进行搅拌、超声后，放入烘箱在120-150℃下保持8-12小时，然后自然冷却至室温；将产物过滤并洗涤，干燥后，获得PbI2薄片。2.一种大面积PbI2薄片的合成方法，其特征在于，在硫脲存在的情况下将氯化铅和碘反应，得到PbI2薄片。3.如权利要求1或2所述的大面积PbI2薄片的合成方法，其特征在于，所述的PbI2薄片的面积为1mm2-25mm2。4.如权利要求1或2所述的大面积PbI2薄片的合成方法，其特征在于，所述的氯化铅、碘和硫脲的摩尔质量比为1∶0.8-1.2∶0.7-0.9。5.如权利要求1或2所述的大面积PbI2薄片的合成方法，其特征在于，所述的氯化铅、碘和硫脲的摩尔质量比为1∶1∶0.8。6.如权利要求1或2所述的大面积PbI2薄片的合成方法，其特征在于，所述的氯化铅和去离子水的比例为：0.02-0.2mol...
【专利技术属性】
技术研发人员：王春瑞，孙林，胥留，陈效双，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海,31
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