[發(fā)明專利]石墨烯纖維在中紅外光電探測(cè)中的應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010149925.8
• 申請(qǐng)日: 2020-03-06
• 公開（公告）號(hào): CN111354805B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高超;方波;徐楊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州高烯科技有限公司
• 主分類號(hào): H01L31/028
• 分類號(hào): H01L31/028;H01L31/09
• 代理公司: 杭州華宸聯(lián)名知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33352
• 代理人: 黃歡娣

本發(fā)明公開了石墨烯纖維在中紅外光電探測(cè)中的應(yīng)用，給出首例基于宏觀石墨烯的中紅外探測(cè)器，可在不同氣壓和不同溫度下工作，探測(cè)頻率可達(dá)1兆赫茲。由于良好的柔性，石墨烯纖維基探測(cè)器可制備成可編織光電器件。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石墨烯纖維的新應(yīng)用，特別是涉及石墨烯纖維在中紅外光電探測(cè)中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

由于其特殊的波長分布，中紅外光在分子檢測(cè)、醫(yī)療保健、氣象科學(xué)、保密通信等領(lǐng)域有著重要的作用。

傳統(tǒng)的中紅外光的探測(cè)器可分為兩種：一種是半導(dǎo)體，這種材料脆性比較大且價(jià)格昂貴；另一種是微納米尺度的層狀材料，如少層石墨烯、過渡金屬氧（硫）化物等，這種材料難以承受相當(dāng)?shù)牧W(xué)作用，而且效能較低。另外，傳統(tǒng)的中紅外探測(cè)器只能在低溫情況下工作，在高溫下會(huì)逐漸失效。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：提供石墨烯纖維在中紅外光電探測(cè)中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了探測(cè)芯片的宏觀化。

本發(fā)明的另一個(gè)目的在于：提供石墨烯纖維在中紅外光電探測(cè)中的應(yīng)用，解決了現(xiàn)有的微觀探測(cè)器件的力學(xué)問題，可以承受相當(dāng)?shù)牧W(xué)作用，可編織、價(jià)格低廉、密度低、速率快。

本發(fā)明的另一個(gè)目的在于：提供石墨烯纖維在中紅外光電探測(cè)中的應(yīng)用，解決現(xiàn)有的微觀探測(cè)器件的適用性問題。探測(cè)波長的范圍為3-10微米，最快探測(cè)頻率達(dá)1兆赫茲，適用復(fù)雜工作環(huán)境，其中，工作氣壓環(huán)境為0-1013mbar，工作溫度環(huán)境為30-400K。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：將石墨烯纖維固定在兩個(gè)金屬電極之間，輸入100mA 以下的暗電流；在中紅外環(huán)境中，石墨烯纖維輸出響應(yīng)電流；所述石墨烯纖維的碳氧比在10以上。

進(jìn)一步地，石墨烯纖維可通過濕法紡絲制備，石墨烯纖維可以呈現(xiàn)出多種形態(tài)（實(shí)心圓柱、緞帶裝、螺旋狀等）和多種維度（亞微米、微米、毫米級(jí)別）。

通常的，所述石墨烯纖維的直徑為0.1-1000微米，長度可以根據(jù)實(shí)際情況任意選擇。

進(jìn)一步地，輸入電壓控制在20mA以下。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明提供了中紅外探測(cè)器是首例基于石墨烯宏觀材料的探測(cè)器，操作過程簡單便捷，探測(cè)性能良好。由于石墨烯纖維具有良好的柔性，在可穿戴電子器件和儲(chǔ)能材料等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為石墨烯纖維基探測(cè)器的裝置示意圖;

圖2為石墨烯纖維基探測(cè)器的響應(yīng)頻率;

圖3為石墨烯纖維基織布；

圖4為耐水洗性能測(cè)試結(jié)果；

圖5為石墨烯纖維基探測(cè)器對(duì)不同波長中紅外光的響應(yīng)度和響應(yīng)頻率。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

一種基于石墨烯纖維的柔性中紅外探測(cè)器，包括以下過程：

（1）以氧化石墨烯的分散液做為原料（高烯科技），使用濕法紡絲的技術(shù)制備直徑為20微米的實(shí)心圓柱狀纖維，2000℃高溫?zé)徇€原10min,測(cè)得碳氧比為10.1。

（2）將長度為1cm的石墨烯纖維固定在銅電極之間，組裝成如圖1所述的探測(cè)器，通過兩個(gè)電極向石墨烯纖維輸入大小為20mA的暗電流。

（3）在工作氣壓環(huán)境為10mbar，工作溫度環(huán)境為400K環(huán)境下，使用波長3微米，功率為5mW/cm²的中紅外光照射石墨烯纖維，通過兩個(gè)電極采集電流信號(hào)。器件的電流產(chǎn)生快速響應(yīng)，上升沿為100納秒，下降沿為2微秒，響應(yīng)時(shí)間為0.9微秒，如圖2所示。

實(shí)施例2