一种低角度依赖热辐射自控温复合材料薄膜及其制备方法及光探测器技术

本发明专利技术公开了一种低角度依赖热辐射自控温复合材料薄膜及其制备方法及光探测器，先选取一生物模板材料，构建仿生模板；然后于仿生模板上依次化学沉积金属纳米颗粒及半导体纳米颗粒；最后于半导体/金属等离子体复合材料薄膜上进行二维材料的生长。本发明专利技术通过选取具有低角度依赖、热辐射自控温仿生功能结构的自然生物材料实现热辐射平衡，在无额外制冷源的条件下实现热辅助增强及防过热自控温，解决了热辅助增强光电效应与过热对光电效应的负影响之间的对立矛盾，实现了防过热自控温、热辅助增强、低角度依赖宽波段响应。本发明专利技术首次提出采用微纳功能结构调控热辐射平衡思想，实现电子、光电材料热自调控，防过热自控温。

【技术实现步骤摘要】
一种低角度依赖热辐射自控温复合材料薄膜及其制备方法及光探测器
本专利技术属于新型纳米材料领域，尤其涉及一种低角度依赖热辐射自控温复合材料薄膜及其制备方法及光探测器。
技术介绍
宽波段光探测器，特别是红外光区域光探测器，由于其多元化应用(如：成像、通讯、远程控制、医学、环境和安全监测等领域)被广泛研究。目前，主要的商用光探测器的光探测材料为V、III-V和II-VI材料，如：Si、SiC、InAs、InSb、In1-xGaxAs和HgCdTe等。然而，由于这些材料的制备成本高、需外部制冷、材料带隙窄及有毒性等缺点，严重这些材料在光探测领域的进一步应用。由于其诱人的光学和电学性能，二维材料被广泛的关注并作为下一代电子、光电子材料。其中，MoS2作为经典的、广泛应用的二维材料，伴随着层数由多层向单层变化，其带隙可调(1.2-1.8eV)。这一带隙可调特性表明MoS2具有光吸收、光电响应可调(可见-近红外)。二维MoS2还具有优秀的光吸收性能(10％,510-780nm)及优异的电学特性，如：相对高的载流子迁移率(200-500cm2V-1s-1)、高电流开/关比(108)等这些优异的光学、电学性能。然而目前优秀的二维MoS2虽然具有高响应(R＝880A/W,λ＝561nm)，但是其运行偏压比较高(Vg＝-70V)，并且到了红外光部分其光响应下降至9×10-2mA/W。此外，二维MoS2受材料厚度的限制，其光吸收性能有限，且低角度依赖特性考虑甚少，从而制约了二维MoS2光探测器光探测性能的进一步提升。特别是由于过热响应对光电探测的负面效应，当今光电探测器件几乎没有利用光热效应来辅助增强光电探测，从而限制光电响应性能的进一步提升。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种低角度依赖热辐射自控温复合材料薄膜及其制备方法及光探测器，本专利技术启迪于自然，首次采用低角度依赖宽波段光吸收、等离子体热电子增强、光热辅助自控温一体化概念，特别是通过功能结构的热辐射平衡，在无额外制冷源的条件下实现热辅助增强及防过热自控温，从而创造性的解决了热辅助增强光电效应与过热对光电效应的负影响之间的对立矛盾，实现了防过热自控温、热辅助增强、低角度依赖宽波段响应。为解决上述问题，本专利技术的技术方案为：一种低角度依赖热辐射自控温复合材料薄膜的制备方法，包括如下步骤：S1：选取一生物模板材料，进行前处理及活化处理，构建仿生模板，所述生物模板材料为具有低角度依赖、热辐射自控温仿生功能结构的自然生物材料；S2：于所述仿生模板上依次化学沉积金属纳米颗粒及半导体纳米颗粒，得到半导体/金属等离子体复合材料薄膜；S3：将所述半导体/金属等离子体复合材料薄膜置于二维材料生长系统，于所述半导体/金属等离子体复合材料薄膜上进行二维材料的生长，制得二维材料/半导体/金属等离子体复合材料薄膜。优选地，所述步骤S1进一步包括：选取一生物模板材料，进行前处理及活化处理，通过阳极氧化或纳米颗粒自组装或刻蚀或3D打印或微纳压印技术构建所述仿生模板。优选地，所述步骤S2进一步包括：S21：吸附金属离子，将所述仿生模板浸渍于金属离子溶液中，制备得到吸附有金属离子的仿生模板，吸附时间为0.1～36h，吸附温度为25～90℃；S22：还原金属离子，将所述吸附有金属离子的仿生模板浸渍于金属还原溶液中，制备得到吸附有金属纳米颗粒的仿生模板，还原时间为0.1～36h，还原温度为3～80℃；S23：沉积半导体纳米颗粒，将所述吸附有金属纳米颗粒的仿生模板浸渍于装有半导体反应溶液的高压釜腔体内，制备得到所述半导体/金属等离子体复合材料薄膜，半导体纳米颗粒沉积时间为0.5～36h，所述高压釜腔体的温度为50～200℃。优选地，所述金属离子溶液为含有金离子、银离子、铜离子中的任意一种或几种的溶液。优选地，所述金属还原溶液为柠檬酸钠溶液、乳酸溶液、二甲胺硼烷溶液、丁二酸钠溶液、硼氢化钠溶液、硼氢化钾溶液中的任意一种或几种的组合。优选地，所述半导体纳米颗粒选自化合物半导体纳米颗粒，所述半导体反应溶液为包括第Ⅲ族和第Ⅴ族化合物固溶液、第Ⅱ族和第Ⅵ族化合物固溶液中的任意一种或两种的组合。优选地，所述步骤S3进一步包括：S31：将所述半导体/金属等离子体复合材料薄膜置于放有二维材料源的化学气相沉积系统中，并对所述化学气相沉积系统进行抽真空处理；S32：于所述化学气相沉积系统内通入保护气体，所述保护气体的气流量为10～300sccm，所述保护气体为氩气、氩氢混合气体或其他惰性气体；S33：加热升温所述化学气相沉积系统，于所述半导体/金属等离子体复合材料薄膜上进行二维材料的生长，制备得到所述二维材料/半导体/金属等离子体复合材料薄膜，所述化学气相沉积系统的加热温度为400～900℃，所述化学气相沉积系统的升温速率为1～46℃/min，所述化学气相沉积系统的保温时间为1～3h。优选地，所述二维材料为硫化钼、石墨烯、氧化石墨烯、黑鳞、硫化铼中的任意一种或几种的组合。基于相同的专利技术构思，本专利技术还提供了一种低角度依赖热辐射自控温复合材料薄膜，包括仿生模板，所述仿生模板上依次沉积有金属纳米颗粒、半导体纳米颗粒及二维材料；所述仿生模板为选取自具有低角度依赖光吸收、光热、自控温特性的微纳功能结构生物模板或仿生微纳功能结构人工模板材料构建而成；所述金属纳米颗粒的粒径为5～300nm，所述二维材料的厚度为1～30层。基于相同的专利技术构思，本专利技术还提供了一种低角度依赖热辅助自控温光探测器，包括光探测薄膜，所述光探测薄膜为上述的基于低角度依赖热辐射自控温生物模板的复合材料薄膜。本专利技术由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：1)本专利技术提供了一种低角度依赖热辐射自控温复合材料薄膜的制备方法，包括如下步骤：先选取一生物模板材料，构建仿生模板，生物模板材料为具有低角度依赖、热辐射自控温仿生功能结构的自然生物材料；然后于仿生模板上依次化学沉积金属纳米颗粒及半导体纳米颗粒；最后将半导体/金属等离子体复合材料薄膜置于二维材料生长系统，进行二维材料的生长，制得二维材料/半导体/金属等离子体复合材料薄膜，本专利技术采用低角度依赖宽波段光吸收、等离子体热电子增强、光热辅助自控温一体化概念，通过选取具有低角度依赖、热辐射自控温仿生功能结构的自然生物材料实现热辐射平衡，在无额外制冷源的条件下实现热辅助增强及防过热自控温，从而创造性的解决了热辅助增强光电效应与过热对光电效应的负影响之间的对立矛盾，实现了防过热自控温、热辅助增强、低角度依赖宽波段响应。同时本专利技术提供的方法相比以往的纳米颗粒薄膜制备方法，具有成本低，能耗低，制备过程简单、安全、稳定、耗时短，制备的薄膜结构精细、颗粒粒度、二维材料厚度均匀，较容易的实现了多成分耦合及材料与功能结构一体化的优点。2)本专利技术提供了一种低角度依赖热辐射自控温复合材料薄膜，在具有低角度依赖、热辐射自控温仿生功能结构的仿生模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低角度依赖热辐射自控温复合材料薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1：选取一生物模板材料，进行前处理及活化处理，构建仿生模板，所述生物模板材料为具有低角度依赖、热辐射自控温仿生功能结构的自然生物材料；/nS2：于所述仿生模板上依次化学沉积金属纳米颗粒及半导体纳米颗粒，得到半导体/金属等离子体复合材料薄膜；/nS3：将所述半导体/金属等离子体复合材料薄膜置于二维材料生长系统，于所述半导体/金属等离子体复合材料薄膜上进行二维材料的生长，制得二维材料/半导体/金属等离子体复合材料薄膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种低角度依赖热辐射自控温复合材料薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：选取一生物模板材料，进行前处理及活化处理，构建仿生模板，所述生物模板材料为具有低角度依赖、热辐射自控温仿生功能结构的自然生物材料；
S2：于所述仿生模板上依次化学沉积金属纳米颗粒及半导体纳米颗粒，得到半导体/金属等离子体复合材料薄膜；
S3：将所述半导体/金属等离子体复合材料薄膜置于二维材料生长系统，于所述半导体/金属等离子体复合材料薄膜上进行二维材料的生长，制得二维材料/半导体/金属等离子体复合材料薄膜。


2.根据权利要求1所述的低角度依赖热辐射自控温复合材料薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S1进一步包括：选取一生物模板材料，进行前处理及活化处理，通过阳极氧化或纳米颗粒自组装或刻蚀或3D打印或微纳压印技术构建所述仿生模板。


3.根据权利要求1所述的低角度依赖热辐射自控温复合材料薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S2进一步包括：
S21：吸附金属离子，将所述仿生模板浸渍于金属离子溶液中，制备得到吸附有金属离子的仿生模板，吸附时间为0.1～36h，吸附温度为25～90℃；
S22：还原金属离子，将所述吸附有金属离子的仿生模板浸渍于金属还原溶液中，制备得到吸附有金属纳米颗粒的仿生模板，还原时间为0.1～36h，还原温度为3～80℃；
S23：沉积半导体纳米颗粒，将所述吸附有金属纳米颗粒的仿生模板浸渍于装有半导体反应溶液的高压釜腔体内，制备得到所述半导体/金属等离子体复合材料薄膜，半导体纳米颗粒沉积时间为0.5～36h，所述高压釜腔体的温度为50～200℃。


4.根据权利要求3所述的低角度依赖热辐射自控温复合材料薄膜的制备方法，其特征在于，所述金属离子溶液为含有金离子、银离子、铜离子中的任意一种或几种的溶液。


5.根据权利要求3所述的低角度依赖热辐射自控温复合材料薄膜的制备方法，其特征在于，所述金属还原溶液为柠檬酸钠溶液、乳酸溶液、二甲胺...

【专利技术属性】
技术研发人员：田军龙，乔如意，陈璐璐，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43