一种柔性自供电光电探测器及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种柔性自供电光电探测器，所述柔性自供电光电探测器包括柔性正极、柔性负极、滴涂于柔性正极上的光电材料层、处于柔性正极和柔性负极间的隔膜以及粘附于隔膜上的电解质；所述光电材料层为CoNi

【技术实现步骤摘要】
一种柔性自供电光电探测器及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及光电探测
，更具体地，涉及一种柔性自供电光电探测器及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]光电探测器是一种将光信号转化为电信号的传感器，被广泛应用于军事与民用生活中，如环境监测、太阳能发电、生物医学以及远程控制等领域。传统光电探测器的电极通常为ITO电极，ITO电极制得的光电探测器是刚性的，无法满足未来柔性集成电路技术和制造工艺飞速发展的要求。因此，越来越多的人着眼于开发柔性光电探测器。
[0003]中国专利技术专利CN109119495A(公开时间2019年01月01日)公开了一种柔性光电探测器及其制备方法，所述光电探测器包括柔性基材、形成于柔性基材表面的MXene柔性电极以及形成于MXene柔性电极表面的CsPbBr3半导体层，该专利技术所述柔性光电探测器具有较好的柔性，但存在光响应能力弱、光转化率低且需外接电路的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的首要目的是克服上述现有技术的不足，提供一种柔性自供电光电探测器。该柔性自供电光电探测器无需外接电路，具有优良的柔韧性和较强的光响应能力，能够产生较强的光响应电流。
[0005]本专利技术的进一步目的是提供一种柔性自供电光电探测器的制备方法。
[0006]本专利技术的另一个目的是提供所述柔性自供电光电探测器的应用。
[0007]本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：
[0008]一种柔性自供电光电探测器，所述柔性自供电光电探测器包括柔性正极、柔性负极、滴涂于柔性正极上的光电材料层、处于柔性正极和柔性负极间的隔膜以及粘附于隔膜上的电解质；所述光电材料层为CoNi
‑
CoNiO2/N/MXene复合材料。
[0009]在本专利技术中正极层、负极层、隔膜以及电解质组成电池，为光电材料层提供电场，在有光照的条件下驱动光电材料层的电子
‑
空穴对分离，形成光电流。
[0010]MXene具有可调谐带隙，且其在紫外可见光区域具有较强的吸收峰，将MXene进行钴、镍以及氮掺杂后光吸收能力得到增强，使得采用CoNi
‑
CoNiO2/N/MXene作为光电材料层的光电探测器在光照下能够产生更强的光电流。
[0011]优选地，所述CoNi
‑
CoNiO2/N/MXene复合材料中MXene为Ti3C2T
x
、Nb2CT
x
、V2CT
x
及Mo2CT
x
的一种。
[0012]优选地，所述柔性正极为锰氧化合物包裹着的CNT柔性薄膜，柔性负极为锌箔。
[0013]优选地，所述水系电解质为硫酸锌和硫酸锰的混合溶液。
[0014]优选地，所述柔性隔膜为NKK隔膜。
[0015]一种柔性自供电光电探测器的制备方法，包括如下步骤：
[0016]S1.制备CoNi
‑
CoNiO2/N/MXene复合材料；
[0017]S2.将CoNi
‑
CoNiO2/N/MXene复合材料和导电碳粉制成悬浮液，滴涂在柔性正极上；
[0018]S3.在柔性正极与柔性负极间加入电解质和柔性隔膜，接上极耳封装得到光电探测器。
[0019]优选地，所述CoNi
‑
CoNiO2/N/MXene复合材料的制备包括如下步骤：
[0020]S11.用氢氟酸溶液刻蚀抽离MAX相材料中的A金属原子层，再经四甲基氢氧化铵插层及超声剥离制得MXene二维纳米片；
[0021]S12.将MXene二维纳米片、钴源、镍源、尿素以及抗坏血酸分散于去离子水中，搅拌、超声处理后经水热法合成Ni
‑
Co(OH)4/MXene；
[0022]S13.将咪唑和Ni
‑
Co(OH)4/MXene按4～6:1的质量比分别置于石英舟的两端，放入管式炉中在惰性气氛下煅烧，即得到CoNi
‑
CoNiO2/N/MXene复合材料。
[0023]优选地，所述刻蚀为向MAX相材料中加入浓度为45wt％～50wt％氢氟酸溶液，然后在55℃～65℃的恒温条件下搅拌。
[0024]优选地，所述插层为将刻蚀后的材料分散于四甲基氢氧化铵溶液中，然后加入抗坏血酸搅拌反应。
[0025]优选地，所述超声剥离为将插层后的MXene与去离子水形成的混合液置于惰性气氛下冰浴超声，再离心、干燥。
[0026]本专利技术所述柔性自供电光电探测器具备优良的柔韧性和快速的光响应能力，符合柔性可穿戴电子设备对探测器的性能要求。因此，柔性自供电光电探测器在柔性可穿戴电子设备中的应用也应该在本专利技术的保护范围内。
[0027]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0028]1.本专利技术所述光电探测器集成了电池组件，从而无需外加偏压就可以工作，提高了器件的便携性；
[0029]2.本专利技术所述光电探测器集成的电池组件采用锰氧化合物包裹着的CNT柔性薄膜作为正极、锌铂作为负极，进一步提升了器件的柔韧性，使其在弯曲状态下光探测性能基本保持不变。
[0030]3.本专利技术所述光电探测器选用钴、镍以及氮掺杂的MXene复合材料CoNi
‑
CoNiO2/N/MXene作为光电材料层，CoNi
‑
CoNiO2/N/MXene复合材料极强的光吸收能力提高了器件的光响应能力和光转化率，使器件能够产生较强的光响应电流。
附图说明
[0031]图1为柔性自供电光电探测器组装的示意图。标记名称：1、光电材料层；2、柔性正极；3、柔性负极；4、隔膜。
[0032]图2为实施例1中光电材料层制备过程的XRD图。
[0033]图3为实施例1所述柔性自供电光电探测器在不同弯曲程度下的电压
‑
时间曲线图。
[0034]图4为实施例1和对比例1～3所述柔性自供电光电探测器在没有外加偏压的条件下，模拟太阳光(光强度63mA/cm2)照射下的时间
‑
电流曲线图。
[0035]图5为实施例1所述柔性自供电光电探测器在不同波长光照下的响应率。
具体实施方式
[0036]为了更清楚、完整的描述本专利技术的技术方案，以下通过具体实施例进一步详细说明本专利技术，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术，可以在本专利技术权利限定的范围内进行各种改变。
[0037]实施例1
[0038]一种柔性自供电光电探测器，其结构如图1所示，包括柔性正极2、柔性负极3、滴涂于柔性正极上的光电材料层1、处于柔性正极和柔性负极间的隔膜4以及粘附于隔膜上的电解质；其中光电材料层为CoNi
‑
CoNiO2/N/Mo2CT
x
复合材料。
[0039]所述柔性自供电光电探测器的制备方法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性自供电光电探测器，其特征在于，所述柔性自供电光电探测器包括柔性正极、柔性负极、滴涂于柔性正极上的光电材料层、处于柔性正极和柔性负极间的隔膜以及粘附于隔膜上的电解质；所述光电材料层为CoNi
‑
CoNiO2/N/MXene复合材料。2.如权利要求1所述柔性自供电光电探测器，其特征在于，所述CoNi
‑
CoNiO2/N/MXene复合材料中MXene为Ti3C2T
x
、Nb2CT
x
、V2CT
x
及Mo2CT
x
的一种。3.如权利要求1或2所述柔性自供电光电探测器，其特征在于，所述柔性正极为锰氧化合物包裹着的CNT柔性薄膜，柔性负极为锌箔。4.如权利要求1～3任一所述柔性自供电光电探测器，其特征在于，所述电解质为硫酸锌和硫酸锰的混合溶液。5.如权利要求1～4任一所述柔性自供电光电探测器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.制备CoNi
‑
CoNiO2/N/MXene复合材料；S2.将CoNi
‑
CoNiO2/N/MXene复合材料和导电碳粉制成悬浮液，滴涂在柔性正极上；S3.在柔性正极与柔性负极间加入电解质和柔性隔膜，接上极耳封装得到光电探测器。6.如权利要求5所述柔性自供电光电探测器的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗劭娟，吴梓环，招家富，王林杰，吴传德，蒋樾，冯斯桐，陆凤连，陈财胜，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：