纤维素基ZnO紫外光电探测器的制备与性能研究

来源 :福建农林大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lidenglu1114
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
近年来,柔性紫外光电探测器(UV PD)因其独特的柔韧性、可穿戴性,在光电探测、军事制造、火灾监测以及生物与化学分析等领域得到了广泛应用。传统柔性UV PD的基底为石油基高分子材料,其不可再生和不可生物降解性易对环境造成污染。纤维素是一种天然高分子材料,在自然界中广泛存在,具有可再生、可生物降解、无毒害且成本低廉等特性,近年来已经被逐渐应用于各种探测器。然而,纤维素自身多羟基的结构特性使其具有亲水性,水分的存在将直接影响纤维素基电子器件的性能,导致纤维素基UV PD的制备与储存具有一定挑战,因此寻找一种高稳定性、耐候性的纤维素基柔性基底,并在此基础上构建柔性的UV PD,对促进新型柔性电子器件的发展具有重要意义。本文以生物质纤维素为原料,利用射频磁控溅射和电子束蒸发两种不同的物理沉积方式,探究聚四氟乙烯(PTFE)薄膜在纤维素纸表面生长的最佳工艺条件,获得具有环境稳定性且表面平整的疏水纤维素纸。通过物理气相沉积与机械混合的方法在纤维素纸中引入半导体材料氧化锌(ZnO)制备具有高探测率、高稳定性及柔性的UV PD。主要研究内容如下:(1)采用射频磁控溅射和电子束蒸发两种不同的沉积方式将PTFE生长于纤维素纸的两面,由此提高纤维素纸的疏水性。探究两种不同沉积方法的工艺条件对PTFE/纤维素/PTFE复合纸性能的影响。以6 m A的电子束电流在纤维素纸上蒸发PTFE薄膜12 min,可以制备出表面粗糙度为88 nm,水接触角为135°的复合纸;以60 W的功率下在纤维素纸上溅射PTFE薄膜4 h,可以制备出表面粗糙度为125nm,水接触角为124°的复合纸。另外对比了两种物理沉积方法得到的复合纸的表面形貌、表面成分和湿膨胀系数,结果表明利用电子束蒸发制备的PTFE/纤维素/PTFE复合纸在疏水性能、表面平整度以及制备的时间与成本上都更具有优势。(2)采用射频磁控溅射在PTFE/纤维素/PTFE三层膜表面生长具有紫外吸收功能的半导体材料ZnO薄膜,进而基于ZnO/PTFE/纤维素/PTFE多层膜制备Ag叉指电极,构造金属-半导体-金属(MSM)结构的UV PD。实验结果表明,基于ZnO/PTFE/纤维素/PTFE多层膜制备的UV PD的开关比可以达到1×10~4,是原始纤维素纸基UV PD的50倍;基于PTFE/纤维素/PTFE多层膜制备的UV PD的响应时间(上升)为0.56 s,仅为原始纤维素纸基UV PD的3%;基于PTFE/纤维素/PTFE多层膜制备的UV PD暴露在空气中的湿稳定性能更优。(3)采用机械共混法将不同质量(0.1 g,0.2 g,0.3 g和0.4 g)的ZnO纳米颗粒添加至纤维素溶液内,进行充分混合,随后再生获得ZnO/纤维素复合纸;再基于ZnO/纤维素复合纸,利用电子束蒸发制备Ag叉指电极,构造MSM结构的柔性UV PD。实验结果表明,ZnO纳米颗粒的添加量对UV PD的性能有很大影响。当ZnO的含量为0.2 g时,柔性UV PD具有较好的稳定性与重复性,且对紫外光的响应程度可以达到暗电流平稳状态下的37%。另外,该柔性UV PD具有较好的热稳定性和柔韧性,在60℃的工作温度下,能保持较高的光响应,在100次弯折后,光电流仍有初始值的92%以上。
其他文献
随着我国经济快速发展,交通运输成为了影响地区社会经济发展的关键因素,桥梁作为交通建设体系重要组成部分正处于大规模建设当中。而桥梁在长期使用过程中,由于受到风吹日晒、自然灾害等因素,容易出现表面锈蚀和断裂等现象,进而导致坍塌事故。传统检测方式多为起重设备搭载检测人员使用肉眼进行缺陷检测,不仅效率低且存在安全隐患。在最近几十年,计算机与人工智能等新兴学科的兴起并得到极快地发展,从而使用爬壁机器人代替传
学位
白光发光二极管(WLED)作为第四代人工光源已经在照明和背光源显示等领域实现了广泛的应用。过渡金属掺杂的荧光粉对提高发光二极管的显色指数是十分重要的。近年来,Mn4+激活红色荧光粉由于其在提高显色指数和降低色温方面的作用已经成为研究热点,与此同时,Mn2+激活的绿色荧光粉具备的发光性能也值得进一步去研究和开发。本文的研究涉及Mn4+和Mn2+掺杂荧光粉的制备和发光性能研究,包括了高温固相法和液相湿
学位
具有独特层状结构的二维(2D)过渡金属二卤化物(TMDC)材料二硫化钼(MoS2)近年来引起了业内人士的广泛关注,单层MoS2由于具备1.8 ev的直接带隙而表现出良好的电学特性,这就使得其成为光电子领域很有前途的半导体材料。然而,为了在实际应用中充分利用其独特的电学优点,合成大而均匀的单分子膜MoS2是非常必要的。本论文围绕着MoS2薄层材料以及其FET器件的构建展开工作,主要工作包括大尺寸、高
学位
并联机构由于其独特的结构特性:运动精度高,负载大和较好的加速性能,被广泛的应用在车载,舰载,机载等方面。很长时间以来,以Stewart结构为基础的并联平台是并联机器人领域的一个研究热点。本文基于Stewart并联平台,以车载为应用背景,设计了一款用于主动双向稳定的并联平台,并且对其进行了运动学和动力学分析。在仿真软件中完成了主动双向稳定的控制,在实际样机中完成了姿态解算和复位功能。首先,依据Ste
学位
国家的工业化水平在一定程度上取决于工业机器人的发展水平,工业机械臂作为工业机器人较为主要的一个组成部分,在实际生产中应用十分广泛。这种结构新颖的装置源于工业化和自动化进程的不断发展,在促进生产效能、减轻工人负担、降低生产事故的发生率、改善劳动条件等方面有十分突出的优势,被广泛应用于机械结构的焊接、产品的表面喷涂、产品零部件的装配以及大中型物件的搬运等作业环境中。如何设计及控制机械臂系统的运动,使其
学位
杏鲍菇肉质肥美、营养丰富,有很高的食用、营养及经济价值,是我国工厂化栽培的经济食用菌品种之一,有很大市场潜力。目前行业内通过人工分级分选,工作强度大、分级分选效率低,且品质随工人主观想法产生波动,无法实现规模、统一、高效的分选效果。本课题将机器视觉智能分级分选技术首次应用于杏鲍菇分选行业,提出一种基于机器视觉的杏鲍菇外观品质分级分选装置,可有效解决人工分选效率低、品质波动及人工成本增加等问题,对杏
学位
Mg4Ta2O9闪烁晶体光输出为11000-15000 photons/Me V,衰减时间为4.5μs,能量分辨率为6%,衰减时间快于CdWO4晶体,光产额及能量分辨率高于CdWO4晶体,低余辉特性和CdWO4类似,在0.01%/3 ms左右,又由于Mg4Ta2O9晶体材料无毒性元素,使其成为具有替代含有毒Cd元素的CdWO4晶体,应用于集装箱安检领域的最佳候选材料之一。为了扩展其应用领域,需提高
学位
信息披露是上市公司向投资者或其他利益相关者传递信息的主要渠道,构成绝大多数投资者选择投资标的的核心依据。因此,对信息披露质量的严格规范是塑造一个有效、稳定的资本市场的必要条件。上市公司的业绩披露分为财务信息披露与非财务信息披露,当前对于上市公司年报的监管主要集中在对于财务信息的审查,年报披露主体对于非财务信息的披露则存在较小的合规性风险。年报的非财务信息中对当期业绩情况进行解释说明的部分通常被称为
学位
电磁感应加热是一种节能且无污染的加热技术,而电磁炉则是电磁感应加热技术的一项重要应用。目前,利用电磁炉加热时,因无法精确的获得锅内水或食物的温度,故多采用定时恒定功率的加热方式。而该加热方式不能根据锅内水或食物的温度自动调节输出功率,这就容易导致功率的“过量”输出,造成一定的能源浪费。因此,本文以煮水和水煮食物作为研究对象,利用双红外测温结构测量锅壁的温度,构建锅壁与锅内水的传热模型获得锅内水温,
学位
益生菌是一类当足够量定植于机体肠道或生殖系统内,能改善宿主微生态环境从而发挥其对宿主健康有益功效的活性微生物。其中罗伊氏乳杆菌几乎天然存在于所有脊椎动物和哺乳动物机体肠道内,能够有效的黏附于人体和动物肠道内,调节肠道菌群。促进罗伊氏乳杆菌等乳酸菌增殖的常用方法是添加益生元,常见多为低聚果糖等碳源,目前研究表明具有潜在益生元活性的不同来源的蛋白质及其水解产物也可以促进益生菌的增殖。对于大豆蛋白水解物
学位