【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于紫外探测器，具体涉及一种基于tio2@ito的线状光电化学紫外探测器及其制备方法。
技术介绍
1、紫外探测器作为光电探测器的一种，其对紫外辐射具有高响应，能够将紫外辐射能转换为易于测量的电信号或者其他物理量。紫外探测器有广泛的应用前景，可以应用在民用领域和军用领域，如：生物传感、环境检测、导弹监视以及光通信等领域。目前诸多的紫外探测器正在工作时均需要外加一个负载电源，配合紫外探测器一起工作，或者通过施加额外的偏压获得更加优秀的探测性能。
2、光电化学型紫外探测器以其简单的制作工艺、低廉的制造成本、可实现自供能以及毫秒级的响应速度引起了广泛关注。光电化学紫外探测器是一种由光阳极、对电极、电解质三部分组成的三明治器件结构。其原理与染料敏化太阳能电池的原理基本一致，只是没有染料，紫外光是由半导体材料吸收的，光吸收过程和光生电子的传输过程同时进行，复合反应主要在导带中电子和价带空穴以及电解液之间进行。tio2是光电化学紫外探测器中最具应用潜力的材料，由一维tio2纳米结构组成的纳米阵列可以提供优异的载流子输运性能。传统的平面结构光电探测器只能局限的方向上吸收光线，这极大地影响了光电探测的性能。
3、针对传统的平面结构光电化学紫外探测器吸收紫外光受限的技术问题，急需找到一种新的光电化学紫外探测器，使其可以探测到来自任意方向的光。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于tio2@ito的线状光电化学紫外探测器及其制备
2、为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
3、本专利技术公开了一种基于tio2@ito的线状光电化学紫外探测器的制备方法，包括以下步骤：
4、1)将石英管切开，得到两个石英半管，并进行预处理；
5、2)在预处理后的石英半管内壁分别沉积ito薄膜，形成ito薄膜/石英；
6、3)在ito薄膜/石英内壁制备tio2种子层，得到tio2@ito种子层；
7、4)在tio2@ito种子层上制备tio2纳米棒阵列，得到tio2@ito纳米棒阵列，作为光阳极；
8、5)将制得的两个tio2@ito纳米棒阵列光阳极与对电极封装，并注入电解液，得到基于tio2@ito的线状光电化学紫外探测器。
9、优选地，步骤1)中，预处理包括：将两个石英半管依次放入去离子水、无水乙醇和丙酮中各超声清洗5～20min，再烘干，完成预处理。
10、优选地，步骤2)中，分别在石英半管内壁利用磁控溅射沉积ito薄膜，形成ito薄膜/石英；磁控溅射的参数为本底真空6×10-4～8×10-4pa，工作气压0.5～2pa，ar气流速30～40ml/min，溅射时间5～15min，直流溅射，溅射功率50～150w，溅射靶材ito靶。
11、优选地，步骤3)中，利用浸渍-提拉法在ito薄膜/石英内壁制备tio2种子层；tio2@ito种子层的制备方法包括：将钛酸丁酯、乙醇和乙酸混合进行一次搅拌反应，然后加入含有聚乙烯吡咯烷酮、n,n-二甲基甲酰胺、三乙醇胺和乙醇的混合溶液再进行二次搅拌反应，得到tio2@ito种子液，通过浸渍-提拉法将tio2@ito种子液置于ito薄膜/石英上，烘干，经退火处理后，得到tio2@ito种子层。
12、进一步优选地，钛酸丁酯：乙醇：乙酸：聚乙烯吡咯烷酮：n,n-二甲基甲酰胺：三乙醇胺：乙醇的用量比为(0.5～1.5)g：(5～10)ml：(1～1.5)ml：(0.2～0.5)g：(0.5～1.5)ml：(0.5～1.5)ml：(10～20)ml；一次搅拌反应的时间为10～20min；二次搅拌反应的时间为20～40min；退火处理的条件为：升温至450～500℃保持1～2h后随炉冷却至室温。
13、优选地，步骤4)中，利用水热法在tio2@ito种子层上制备tio2纳米棒阵列；tio2@ito纳米棒阵列光阳极的制备方法包括：将覆有tio2@ito种子层的石英半管固定在载玻片上，并放置在容器中，加入草酸钛钾水溶液，封闭，进行水热反应，冷却至室温后，经清洗、烘干和退火处理，得到tio2@ito纳米棒阵列光阳极。
14、进一步优选地，草酸钛钾水溶液的制备方法包括：将0.4～0.6g的草酸钛钾溶于10～20ml的去离子水中，并搅拌至澄清，在搅拌过程中缓慢加入3～5ml的一缩二乙二醇；水热反应的条件为：升温至150～200℃，保持4～7h后冷却至室温；退火处理的条件为：升温至450～500℃，保持1～2h后随炉冷却至室温。
15、优选地，步骤5)中，封装的方法包括：将制得的两个tio2@ito纳米棒阵列光阳极粘在一起，得到石英管光阳极(5)，将对电极放置在石英管光阳极(5)中间，与石英管光阳极(5)保持距离，再注入电解液，完成封装。
16、进一步优选地，对电极为pt丝；电解液为naoh水溶液；pt丝的直径为0.3～0.4mm；naoh水溶液的浓度为0.1～0.2m。
17、本专利技术还公开了一种基于tio2@ito的线状光电化学紫外探测器，采用上述制备方法制得。
18、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
19、本专利技术公开了一种基于tio2@ito的线状光电化学紫外探测器的制备方法，石英管作为探测器的基础结构材料，切开后形成两个半管，为后续的薄膜沉积和纳米结构生长提供了稳定的支撑。预处理过程有效去除了石英管表面的灰尘、油脂等杂质，保证了后续薄膜沉积的均匀性和质量。ito薄膜作为透明导电层，其优异的导电性能使得探测器在光电转换过程中能够有效收集并传输光生载流子，提高了探测器的响应速度和灵敏度。ito薄膜的高透光性确保了紫外线能够穿透到达tio2纳米棒阵列，被有效利用于光电化学反应中。ito薄膜与石英管内壁之间形成的良好界面，减少了界面电阻和载流子复合，进一步提高了探测器的性能。tio2种子层为后续的纳米棒生长提供了“种子”，确保了纳米棒能够沿着预定的方向和模式均匀生长，避免了无序生长导致的性能下降。种子层还增强了tio2纳米棒与ito薄膜之间的附着力，防止了纳米棒在使用过程中脱落或变形，有助于tio2纳米棒在生长过程中形成更好的结晶质量，从而提高探测器的光电转换效率和稳定性。tio2纳米棒阵列具有极大的比表面积，能够吸收更多的紫外光并产生更多的光生载流子，提高了探测器的灵敏度。纳米棒阵列的特殊结构还增强了对紫外光的散射和吸收能力，使得探测器在较宽的紫外光谱范围内都能表现出良好的响应特性。纳米棒之间的间隙为电荷传输提供了直接的路径，减少了载流子在传输过程中的复合和损失，提高了探测器的光电转换效率。封装过程将探测器的各个部分紧密地结合在一起，防止了外界环境对探测器的干扰和损害，提高了探测器的稳定性和可靠性。电解液的注入为光电化学反应提供了必要的介质和环境条件，确保了探测器能够在预本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于TiO2@ITO的线状光电化学紫外探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于TiO2@ITO的线状光电化学紫外探测器的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述预处理包括：将两个石英半管依次放入去离子水、无水乙醇和丙酮中各超声清洗5～20min，再烘干，完成预处理。
3.根据权利要求1所述的基于TiO2@ITO的线状光电化学紫外探测器的制备方法，其特征在于，步骤2)中，分别在石英半管内壁利用磁控溅射沉积ITO薄膜(4)，形成ITO薄膜/石英；所述磁控溅射的参数为本底真空6×10-4～8×10-4Pa，工作气压0.5～2Pa，Ar气流速30～40ml/min，溅射时间5～15min，直流溅射，溅射功率50～150W，溅射靶材ITO靶。
4.根据权利要求1所述的基于TiO2@ITO的线状光电化学紫外探测器的制备方法，其特征在于，步骤3)中，利用浸渍-提拉法在ITO薄膜/石英内壁制备TiO2种子层；所述TiO2@ITO种子层的制备方法包括：将钛酸丁酯、乙醇和乙酸混合进行一次搅拌反应，然后加入含有聚乙烯吡咯烷酮、
5.根据权利要求4所述的基于TiO2@ITO的线状光电化学紫外探测器的制备方法，其特征在于，所述钛酸丁酯：乙醇：乙酸：聚乙烯吡咯烷酮：N,N-二甲基甲酰胺：三乙醇胺：乙醇的用量比为(0.5～1.5)g：(5～10)ml：(1～1.5)ml：(0.2～0.5)g：(0.5～1.5)ml：(0.5～1.5)ml：(10～20)ml；所述一次搅拌反应的时间为10～20min；所述二次搅拌反应的时间为20～40min；所述退火处理的条件为：升温至450～500℃保持1～2h后随炉冷却至室温。
6.根据权利要求1所述的基于TiO2@ITO的线状光电化学紫外探测器的制备方法，其特征在于，步骤4)中，利用水热法在TiO2@ITO种子层上制备TiO2纳米棒阵列(3)；所述TiO2@ITO纳米棒阵列光阳极的制备方法包括：将覆有TiO2@ITO种子层的石英半管固定在载玻片上，并放置在容器中，加入草酸钛钾水溶液，封闭，进行水热反应，冷却至室温后，经清洗、烘干和退火处理，得到TiO2@ITO纳米棒阵列光阳极。
7.根据权利要求6所述的基于TiO2@ITO的线状光电化学紫外探测器的制备方法，其特征在于，所述草酸钛钾水溶液的制备方法包括：将0.4～0.6g的草酸钛钾溶于10～20ml的去离子水中，并搅拌至澄清，在搅拌过程中缓慢加入3～5ml的一缩二乙二醇；所述水热反应的条件为：升温至150～200℃，保持4～7h后冷却至室温；所述退火处理的条件为：升温至450～500℃，保持1～2h后随炉冷却至室温。
8.根据权利要求1所述的基于TiO2@ITO的线状光电化学紫外探测器的制备方法，其特征在于，步骤5)中，所述封装的方法包括：将制得的两个TiO2@ITO纳米棒阵列光阳极粘在一起，得到石英管光阳极(5)，将对电极(1)放置在石英管光阳极(5)中间，与石英管光阳极(5)保持距离，再注入电解液(2)，完成封装。
9.根据权利要求8所述的基于TiO2@ITO的线状光电化学紫外探测器的制备方法，其特征在于，所述对电极(1)为Pt丝；所述电解液(2)为NaOH水溶液；所述Pt丝的直径为0.3～0.4mm；所述NaOH水溶液的浓度为0.1～0.2M。
10.一种基于TiO2@ITO的线状光电化学紫外探测器，其特征在于，采用权利要求1-9任意一项所述制备方法制得。
...【技术特征摘要】
1.一种基于tio2@ito的线状光电化学紫外探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于tio2@ito的线状光电化学紫外探测器的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述预处理包括：将两个石英半管依次放入去离子水、无水乙醇和丙酮中各超声清洗5～20min，再烘干，完成预处理。
3.根据权利要求1所述的基于tio2@ito的线状光电化学紫外探测器的制备方法，其特征在于，步骤2)中，分别在石英半管内壁利用磁控溅射沉积ito薄膜(4)，形成ito薄膜/石英；所述磁控溅射的参数为本底真空6×10-4～8×10-4pa，工作气压0.5～2pa，ar气流速30～40ml/min，溅射时间5～15min，直流溅射，溅射功率50～150w，溅射靶材ito靶。
4.根据权利要求1所述的基于tio2@ito的线状光电化学紫外探测器的制备方法，其特征在于，步骤3)中，利用浸渍-提拉法在ito薄膜/石英内壁制备tio2种子层；所述tio2@ito种子层的制备方法包括：将钛酸丁酯、乙醇和乙酸混合进行一次搅拌反应，然后加入含有聚乙烯吡咯烷酮、n,n-二甲基甲酰胺、三乙醇胺和乙醇的混合溶液再进行二次搅拌反应，得到tio2@ito种子液，通过浸渍-提拉法将tio2@ito种子液置于ito薄膜/石英上，烘干，经退火处理后，得到tio2@ito种子层。
5.根据权利要求4所述的基于tio2@ito的线状光电化学紫外探测器的制备方法，其特征在于，所述钛酸丁酯：乙醇：乙酸：聚乙烯吡咯烷酮：n,n-二甲基甲酰胺：三乙醇胺：乙醇的用量比为(0.5～1.5)g：(5～10)ml：(1～1.5)ml：(0.2～0.5)g：(0.5～1.5)ml：(0.5～1.5)ml：(10～20)ml；所述一次搅拌反应的时间为10～20min；所述二次搅拌反应的时间为20...
【专利技术属性】
技术研发人员：王有庆，仁欠卓玛，徐西琳，张苗苗，吴文轩，王泽，刘明慧，杨甜甜，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：
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