[发明专利]一种基于光响应的量子点/石墨烯薄膜光探测材料及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种基于光响应的量子点/石墨烯薄膜光探测材料及其制备和应用，探测材料包括自下而上依次设置的基底层、响应传输双功能层以及增强响应层。室温条件下，将氧化石墨GO加入去离子水中，搅拌，超声分散，得到GO分散液，然后离心分离后取上层清液；将柔性材料放入砂芯漏斗，置于微孔滤膜之上，再将上层清液倒入砂芯漏斗，真空抽滤，然后进行化学还原，得到以柔性材料为基底的石墨烯薄膜；在以柔性材料为基底的石墨烯薄膜表面负载上具有光响应的量子点材料，即得。本发明的制备方法简单，所制备的光探测器具有高灵敏度和宽波段响应，同时具有柔性和高强度，适用于智能可穿戴领域。

技术领域

本发明属于光探测材料及其制备和应用领域，特别涉及一种基于光响应的量子点/石墨烯薄膜光探测材料及其制备和应用。

背景技术

随着智能可穿戴式电子产品的出现，传感器件有潜力能在人类及其周围环境的探测中发挥关键的作用。而柔性传感器件具有易加工、成本低、重量轻、以及出色的抗冲击性和耐用性，为创建智能可穿戴系统提供了新的可能性。特别是用于紫外线(UV)，可见光和红外线(IR)的柔性光电探测器有多种用途，如导弹检测、生物传感、光通信、天文研究等。

目前，不同的半导体材料覆盖这些光谱范围。窄带隙无机半导体材料如PbS、PbSe、HgTe等，能够探测到红外光区，但它们的毒性和化学不稳定性限制了其应用。而宽带隙半导体材料如ZnO和GaN等只具有紫外和深紫外光学性能。因此，目前急需开发一种新的功能材料，能够同时覆盖紫外，可见光和红外光的范围，并满足柔性和可穿戴的要求。

石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，由于其具有优异的机械强度、高载流子迁移率，和可以覆盖紫外到远红外的光吸收范围等优点，一直被公认为是一个很有前途的可用于柔性宽波段光探测器的光电子材料。然而，石墨烯光探测器的光响应一直局限在几毫安每瓦，这是由于石墨烯的零带隙结构所致的，而且单层石墨烯的光吸收率也很低(2.3％)，这些因素都严重阻碍了石墨烯在光电器件中的应用。因此，通过结合石墨烯与具有优异光吸收的材料，致力于设计新型光电探测器是目前最急需的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于光响应的量子点/石墨烯薄膜光探测材料及其制备和应用，本发明的制备方法简单，所制备的光探测器具有高灵敏度和宽波段响应，同时具有柔性和高强度，适用于智能可穿戴领域。

本发明的一种基于光响应的量子点/石墨烯薄膜光探测材料，所述探测材料自下而上依次包括：基底层、响应传输双功能层和增强响应层；其中基底层材料为柔性材料；响应传输双功能层材料为具有导电和光响应的材料；增强响应层材料为光响应的量子点材料。

所述柔性材料为PET膜或棉布；具有导电和光响应的材料为石墨烯；光响应的量子点材料ZnO，CdSe，未掺杂石墨烯量子点、硫氮共掺杂石墨烯量子点中的一种或几种。

优选所述柔性材料为棉布；本发明优选棉布为基底，有较大的强度，且经HI还原对棉布的腐蚀较小；

具有导电和光响应的材料可选自但不限于导电高聚物，优选rGO，选择rGO作为响应传输双功能层，因为rGO不但可以导电，还具有较宽的光吸收范围。

优选光响应的量子点材料为硫氮共掺杂石墨烯量子点，优选硫氮共掺杂石墨烯量子点(S,N-GQDs)，相较于未掺杂的石墨烯量子点，S,N-GQDs具有更宽的光吸收范围，并且

它具有无毒，生物相容性好等优势，适应可穿戴领域的需求。

本发明的一种基于光响应的量子点/石墨烯薄膜光探测材料的制备方法，包括：

(1)以柔性材料为基底的石墨烯薄膜的制备：