基于静电纺丝的微纳光电探测器阵列化制备技术

翟天佑随着纳米材料和技术的高速发展,光电探测器的研究对象也逐渐由传统的宏观块体材料转向新型的微观纳米材料。相比于传统块体材料,新型纳米材料具有资源利用率高,尺寸微小和光电性能优异等优势。然而,基于纳米材料的光电探测器目前还存在一些不足,如制备工艺繁琐或者稳定性欠佳等。华中科技大学材料科学与工程学院的翟天佑教授课题组针对这些问题进行了深入细致地研究,发展了一套基于静电纺丝的微纳光电探测器阵列化制备技术,与此同时,通过将不同能带间隙目标产物的前驱体简单地混合再进行纺丝,成功地实现了对探测器波谱检测范围的拓宽。相关结果已发表在Advanced Functional Materials(DOI: 10.1002/adfm.201502499)上。

在当前纳米材料制备的各项方法中,静电纺丝由于其工艺简单,成本低廉和高产率等优点而被认为是最适合未来工业化大生产的制备技术之一。通过静电纺丝技术,可以很容易实现直径百纳米量级的纳米纤维的制备。在此工作中,纳米纤维由两种不同能带间隙目标产物(ZnO-CdO)的前驱体混合液纺丝而成,通过采用分离电极法实现纳米纤维的特定阵列化排布。氧化物纳米纤维具有优良的稳定性,成本低廉等优点,同时,ZnO和CdO能带间隙互补,分别涵盖紫外和可见光波谱范围,由此获得氧化物纳米纤维由ZnO和CdO纳米颗粒组成,并且具备结合两者光谱响应范围的优势。此外,静电纺丝技术可以直接将产物制备于目标衬底之上,而避免了目前绝大多数方法中所必需的转移步骤,因此可以最大限度的保持材料的本征性能。在此基础上,任意具有一定耐热性能(500 ℃)的绝缘材料都可以作为产物接收衬底,从而可以比较简单地实现高性能柔性、透明光电探测器的构筑。

该工作借助静电纺丝技术,合理设计不同能带间隙目标产物的混合纳米纤维,实现了制备工艺简单,器件性能稳定、良好,以及波谱响应范围拓宽的微纳光电探测器的阵列化制备。这种制备方法的发展有望促进未来低成本、高稳定性和性能的微纳光电探测器的大规模生产。