Ti-TiO制造技术

本发明专利技术提供了一种Ti‑TiO

Ti-TiO

【技术实现步骤摘要】
Ti-TiO2/P3HT异质结纤维的制备、异质结光电探测器及其制备(一)
本专利技术属于半导体光电器件
，具体涉及一种Ti-TiO2/P3HT异质结纤维的制备方法、Ti-TiO2/P3HT异质结光电探测器及其制备方法。(二)
技术介绍
柔性器件的形态从“平面式”向“纤维状”的结构改变是对传统概念的一种重大突破。金属Ti微米线衬底的使用不仅有效解决了柔性器件在制备过程中有机塑料基底不能耐高温的关键问题；同时可利用成熟的阳极氧化工艺实现高度有序一维TiO2(n型半导体宽禁带材料，锐钛矿带隙3.2eV)纳米管阵列结构的制备，其大的比表面积有利于光吸收的增强以提高电荷收集效率；有序的中空管道有利于光生载流子的快速分离和传输，提高光响应度，在日盲型紫外光探测器的应用上表现出了巨大的潜力(X.Xu,J.Chen,S.Cai,Z.Long,Y.Zhang,L.Su,S.He,C.Tang,P.Liu,H.Peng,andX.Fang,Adv.Mater.2018,30,1803165；W.Ouyang,F.Teng,andX.Fang,Adv.Funct.Mater.2018,28,1707178)。然而TiO2半导体在空气中对O2的吸脱附过程以及较多的表面态和缺陷的存在直接导致了器件的响应速度很慢，且零偏压下载流子的迁移效率受到限制，影响了器件的光响应度(L.Zheng,K.Hu,F.Teng,andX.Fang,Small2017,13,1602448)，进而极大地限制了其可穿戴柔性纤维器件的应用。异质结光伏型器件的构筑有望解决探测器光响应度和响应速度难以同时提升的矛盾，而如何有效构筑p-n结空间势垒区无疑是一大关键，尤其是p-型材料的选择(L.Su,W.Yang,J.Cai,H.Chen,andX.Fang,Small2017,13,1701687；F.Teng,K.Hu,W.Ouyang,andX.Fang,Adv.Mater.2018,30,1706262)。P3HT是一种p-型导电半导体聚合物，既有金属和半导体的光电性质，又兼具有机聚合物的力学性能(柔性)和可加工性，可以通过溶液印刷的方式实现大面积、低成本的制备，与制作工艺要求很高的硅器件及高质量的无机宽禁带半导体器件相比极大地降低了成本。而P3HT较窄的带隙宽度(1.9eV)使其成为宽光谱响应的优异材料，被广泛运用于太阳能电池和光电探测器中(K.Zhang,Z.L.Wang,andY.Yang,ACSNano,2016,10,10331-10338；F.Guo,B.Yang,Y.Yuan,Z.Xiao,Q.Dong,Y.BiandJ.Huang,NatureNanotech.2012,7,798-802)。而其与无机半导体层的界面状态直接关系到两相间载流子分离和传输速率，因此Ti-TiO2/P3HT的有效复合能充分实现异质结的光伏效应的最大化利用，从而提升自驱动器件的光探测性能。(三)
技术实现思路
本专利技术的第一个目的是提供一种在Ti-TiO2纤维上可控负载P3HT制备Ti-TiO2/P3HT异质结纤维的方法，该方法制备原料易得，工艺简单，可大规模生产，成本低，制备过程绿色环保，并具有良好的普适性。本专利技术的第二个目的是提供一种具有优异宽光谱探测性能和良好柔韧性的Ti-TiO2/P3HT异质结光电探测器。本专利技术的第三个目的是提供一种工艺简单、操作方便、低成本、绿色环保、适于大规模生产的Ti-TiO2/P3HT异质结光电探测器的制备方法。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种Ti-TiO2/P3HT异质结纤维的制备方法，按照如下步骤实施：(1)以金属钛微米线为阳极，通过阳极氧化在金属钛纳米线表面得到垂直于基底表面的一维TiO2纳米管阵列结构，之后置于管式炉中煅烧得到锐钛矿相的Ti-TiO2纳米管纤维；(2)将步骤(1)得到的Ti-TiO2纳米管纤维放置于溶剂瓶中，用翻口橡皮塞密封，抽真空2～13小时后，用注射器往瓶内注入5-20mg/ml的新鲜的P3HT的氯苯溶液，使溶液完全浸没Ti-TiO2纤维，浸渍1～14小时后迅速转移至真空烘箱中，于100～200℃真空干燥15～60分钟，自然冷却后制得Ti-TiO2/P3HT异质结纤维，其中P3HT均匀地包覆在TiO2纳米管的表面和管间。本专利技术步骤(1)可按照现有文献报道的方法实施制备，例如可按照如下进行制备：以金属钛微米线为阳极，铂片为阴极，同时浸入装有0.25～0.5wt％氟化铵、2～10％去离子水的乙二醇溶液中，施加50～70V电压反应1～4小时；然后用液相超声法(优选所用溶剂为丙酮、无水乙醇或去离子水)剥离除去TiO2纳米薄膜之后对金属钛微米线纤维施加同样的电压，在同样配方的电解液溶液中反应5～30分钟，取出后用大量的乙醇和去离子水清洗干燥，之后置于管式炉中于400～600℃煅烧2～4小时，制备得到Ti-TiO2纳米管纤维。作为优选，所述Ti-TiO2纳米管纤维中，TiO2纳米管的管长为3～8微米，管径为75～150纳米。本专利技术步骤(2)中，所述P3HT在TiO2纳米管表面和管间的包覆厚度可以通过浸渍时间来调节。在具体实施方式中，由电镜图可见，所述的P3HT均匀地包覆在TiO2纳米管的表面和管间，管外包覆厚度为10-30纳米。第二方面，本专利技术提供了一种Ti-TiO2/P3HT异质结光电探测器，所述的Ti-TiO2/P3HT异质结光电探测器以金属钛微米线为基底，所述金属钛微米线的一端作为金属钛电极，所述金属钛微米线除电极端外的剩余部分的表面生长有垂直于表面的一维锐钛矿相TiO2纳米管阵列结构，P3HT均匀地包覆在TiO2纳米管的管间和表面，在P3HT包覆层表面螺旋式缠绕碳纳米管并延伸出来，以延伸出来的碳纳米管的一端作为另一个电极。作为优选，所述TiO2纳米管的管长为1～3微米，管径为75～150纳米。作为优选，所述垂直于表面的一维锐钛矿相TiO2纳米管阵列结构是以金属钛微米线为阳极，通过阳极氧化在金属钛纳米线表面获得。第三方面，本专利技术提供了一种Ti-TiO2/P3HT异质结光电探测器的制备方法，按照如下步骤实施：(1)以金属钛微米线为阳极，通过阳极氧化在金属钛纳米线表面得到垂直于基底表面的一维锐钛矿相TiO2纳米管阵列结构，得到Ti-TiO2纳米管纤维；(2)将步骤(1)得到的Ti-TiO2纳米管纤维放置于溶剂瓶中，用翻口橡皮塞密封，抽真空2～13小时后，用注射器往瓶内注入5-20mg/ml的新鲜的P3HT/氯苯溶液，使溶液完全浸没Ti-TiO2纤维，浸渍1～14小时后迅速转移至真空烘箱中，于100～200℃真空干燥15～60分钟，自然冷却后制得Ti-TiO2/P3HT异质结纤维，其中P3HT均匀地包覆在TiO2纳米管的管间和表面；(3)将步骤(2)得到的Ti-TiO2/P3HT异质结纤维的一端打磨至完全暴露出金属光泽后为一个电极；在Ti-TiO2/P3HT异质结纤维表面螺旋本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Ti-TiO

【技术特征摘要】
1.一种Ti-TiO2/P3HT异质结纤维的制备方法，其特征在于：所述制备方法按照如下步骤实施：
(1)以金属钛微米线为阳极，通过阳极氧化在金属钛纳米线表面得到垂直于基底表面的一维TiO2纳米管阵列结构，之后置于管式炉中煅烧得到锐钛矿相的Ti-TiO2纳米管纤维；
将步骤(1)得到的Ti-TiO2纳米管纤维放置于溶剂瓶中，用翻口橡皮塞密封，抽真空2～13小时后，用注射器往瓶内注入5-20mg/ml的新鲜的P3HT的氯苯溶液，使溶液完全浸没Ti-TiO2纤维，浸渍1～14小时后迅速转移至真空烘箱中，于100～200℃真空干燥15～60分钟，自然冷却后制得Ti-TiO2/P3HT异质结纤维，其中P3HT均匀地包覆在TiO2纳米管的表面和管间。


2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)按照如下进行制备：以金属钛微米线为阳极，铂片为阴极，同时浸入装有0.25～0.5wt％氟化铵、2～10％去离子水的乙二醇溶液中，施加50～70V电压反应1～4小时；然后用液相超声法剥离除去TiO2纳米薄膜之后对金属钛微米线纤维施加同样的电压，在同样配方的电解液溶液中反应5～30分钟，取出后用大量的乙醇和去离子水清洗干燥，之后置于管式炉中于400～600℃煅烧2～4小时，制备得到Ti-TiO2纳米管纤维。


3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述Ti-TiO2纳米管纤维中，TiO2纳米管的管长为3～8微米，管径为75～150纳米。


4.一种Ti-TiO2/P3HT异质结光电探测器，其特征在于：所述的Ti-TiO2/P3HT异质结光电探测器以金属钛微米线为基底，所述金属钛微米线的一端作为金属钛电极，所述金属钛微米线除电极端外的剩余部分的表面生长有垂直于表面的一维锐钛矿相TiO2纳米管阵列结构，P3HT均匀地包覆在TiO2纳米管的管间和表面，在P3HT包覆层表面螺旋式缠绕碳纳米管并延伸出来，以延伸出来的碳纳米管的一端作为另一个电极。


5.如权利要求4所述的Ti-TiO2/P3HT异质结光电探测器，其特征在于：所述TiO2纳米管的管长为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑灵霞，邓晓雷，王永智，郑华均，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33