[發明專利]一種基于氧化石墨烯負載硫化鋅團簇聚集體的日盲紫外光探測器及制備方法與應用

有效

• 申請號: 202010126317.5
• 申請日: 2020-02-28
• 公開（公告）號: CN111268717B
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 李運超;郝思濛;李冬
• 申請（專利權）人: 北京師范大學
• 主分類號: C01G9/08
• 分類號: C01G9/08;H01G9/20
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一種基于氧化石墨烯負載硫化鋅團簇聚集體的日盲紫外光探測器及制備方法與應用。本發明屬于日盲紫外探測技術領域，更具體地，涉及用于日盲紫外光探測器的硫化鋅團簇聚集體、制備方法和應用。本發明提供了使用有機混合胺作為配體制備高選擇性吸收UVC波段的ZnS團簇聚集體的方法，并通過優化ZnS團簇聚集體與氧化石墨烯的混合與熱退火工藝，建立了ZnS團簇聚集體在氧化石墨烯保護下退火的新工藝。通過該策略，首次構建了具有高選擇性、高靈敏度的基于氧化石墨烯負載保護的硫化鋅團簇聚集體的自供能日盲紫外探測器。

技術領域

本發明屬于日盲紫外探測技術領域，更具體地，涉及一種基于氧化石墨烯負載硫化鋅團簇聚集體的日盲紫外光探測器及制備方法與應用。

背景技術

由于臭氧層的強烈吸收，紫外光中的UVC 220-280nm短波紫外光很難到達地球表面。這樣在近地表面太陽輻射中280nm以下部分基本形成盲區，這個波段被稱為“日盲紫外區”，只響應280nm以內紫外光的探測器被稱為日盲紫外探測器。這一波段的紫外光由于不受太陽背景輻射的影響，使其檢測具有更高的靈敏度和信噪比，因此在衛星通訊、導彈預警和跟蹤、高壓電弧光放電監測、火焰傳感安防監測、安全通信、以及食品與醫療行業的消毒監測等領域都有重要的應用價值。目前，傳統的日盲紫外光電探測器的光敏材料，是基于Ga₂O₃、AlGaN、MgZnO、Zn₂GeO₄和MgZnS等寬帶隙半導體薄膜材料。然而，這些材料制備條件苛刻，通常需要利用分子束外延法、磁控濺射法、金屬有機氣相沉積法或其他物理鍍膜方法來制備，不僅制備工藝復雜、成本高昂，而且薄膜與基底之間還常存在嚴重的晶格失配問題，因而制約其廣泛應用。

當可溶液處理的半導體材料作為探測器光敏材料時，具有成本低與襯底兼容性好的優點。硫化鋅(ZnS)就是一種常見的可通過濕化學法制備的II-VI族寬帶隙半導體材料，其塊體材料的禁帶寬度可達到3.8eV，并可通過減小ZnS納米材料的尺寸來進一步拓寬其能隙，使其吸收藍移至日盲紫外區(280nm)，因此超小尺寸的ZnS納米材料有望作為光敏材料應用于日盲紫外光的探測中。

就日盲紫外光探測而言，常需要從長波紫外光和強可見光等非日盲光信號中提取微弱的日盲紫外信號，因此在高選擇性響應日盲光的同時需要嚴格地抑制非日盲光的響應(即需具有高的日盲光對非日盲光抑制比，R_吸收峰/R_280nm)是一個巨大的挑戰，這就需要所選用的光敏材料僅高選擇吸收小于280nm波段紫外光，即要求其吸收邊短于280nm且在日盲區具有強烈的吸收。然而遺憾的是，目前已經應用于日盲紫外探測器的ZnS光敏材料，如ZnS量子點，ZnS納米棒，甚至是最近報道的線徑只有單晶胞大小的ZnS納米線，它們吸收邊都大于280nm且日盲光對非日盲光的抑制比都較低(R_吸收峰/R_280nm10)；不能很好實現嚴格的日盲光檢測。

相比較而言，具有魔幻原子數的ZnS團簇聚集體，由特定數量的原子組成，可將量子限域效應發揮到極致。由于其尺寸常小于1.0nm且高度均一，其吸收峰尖銳，吸收邊可小于280nm，具有優異的日盲紫外光選擇吸收性能；因此特定原子數的ZnS團簇聚集體，有望成為一種理想的日盲紫外探測器光敏材料。不過需要指出的是，由于超小結構的原因，ZnS團簇聚集體的電子傳輸性能通常很差，很難將其直接應用于光電器件中；若采用常規退火處理來改善其電子傳輸性能，則又會惡化其光學吸收性能。可見發展基于ZnS團簇聚集體的日盲紫外探測器，必須綜合考慮并協同調控ZnS團簇聚集體材料的日盲光選擇吸收性能與電子傳輸性能，因此在材料合成、傳感界面設計與性能調控，以及器件制備等方面存在極大的挑戰性

發明內容

為了解決上述問題，提出并完成了本發明。

本發明的目的是提供一種制備用于日盲紫外光探測器的硫化鋅團簇聚集體的方法。

本發明的再一目的是提供用于日盲紫外光探測器的寬光譜高透明光陽極。