[发明专利]一种宽谱光探测器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种宽谱光探测器及其制备方法，所述宽谱光探测器包括热敏电阻、石墨烯油墨层和透明聚合物层，热敏电阻的表面包覆石墨烯油墨层，所述石墨烯油墨层的表面包覆透明聚合物层。所述制法包括以下步骤：将热敏电阻放在石墨烯油墨溶液中，涂覆石墨烯油墨，石墨烯油墨层的厚度控制为130～330微米，在空气中自然干燥，得到石墨烯油墨层包覆的热敏电阻；再将石墨烯油墨层包覆的热敏电阻放在透明聚合物中，涂覆透明聚合物，控制透明聚合物层的厚度为400～550微米，在空气中自然干燥，得到宽谱光探测器。本发明结构简单，价格低廉，石墨烯油墨、透明介质制备简单，探测器的光热效率、对光照的响应度提升显著。

技术领域

本发明涉及光电探测器及其制法，具体为一种宽谱光探测器及其制备方法。

背景技术

光电探测器在通信、成像、光谱和传感等领域都有巨大的应用潜力，从而引起了广泛的研究兴趣。光电探测器能将光信号转换成电信号，根据器件的工作机理不同，可把探测器分为两大类：热探测器和光子探测器。现有的热探测器主要是基于光热电效应，光热电效应包括光热和热电转换过程，可以实现超宽带检测，而无需冷却单元和外部偏置。基本热电效应包含塞贝克，珀尔贴，汤姆逊效应等。近几十年来，随着新型热电材料的发掘和纳米光子学的发展，基于光热电效应的探测器在响应速度和响应度方面已经取得了瞩目的进展。但是，在实际应用中，必须保持热电材料或器件的温度梯度，在没有任何温度梯度的均匀环境中，热电效应的适用性受到了限制。

除了基于热电效应的光探测器，基于热敏电阻也可以实现光探测。利用热敏电阻的阻值能随温度变化而改变的特性，将照射在热敏电阻上的光能转换成热能，进而改变电阻阻值，从而实现探测器对光的探测。然而，由金属氧化物材料制成的热敏电阻，其表面材料对光的吸收效率较低，导致光能转换成热能的效率低，影响了基于热敏电阻的探测器的探测性能，比如响应度不够高，响应时间不够快等。为了实现热敏电阻对光的高效探测，需要将热敏电阻与光热效应结合，然而，目前这方面的技术还比较欠缺。光热效应是指材料受光照射后，光子能量与晶格相互作用，晶格振动加剧，温度升高的物理过程。光热效应在产生蒸汽、热-电转化、光电催化、超宽带光探测等方面受到越来越多的关注。但是光热效应在光探测方面的应用并没有获得足够多的重视。一方面，现有的光热薄膜光热转换效率较低，另外一方面，光热薄膜与热敏电阻之间稳定的结合也是一个技术难题。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种光热效率高、提高热敏电阻对光照响应度的宽谱光探测器，本发明的另一目的是提供一种简单方便、成本低廉的宽谱光探测器的制备方法。

技术方案：本发明所述的一种宽谱光探测器，包括热敏电阻、石墨烯油墨层和透明聚合物层，热敏电阻的表面包覆石墨烯油墨层，所述石墨烯油墨层的表面包覆透明聚合物层。

石墨烯油墨层的厚度为130～330微米，涂覆量为3～5毫克。石墨烯油墨层包括以下质量百分数的物质：10～20wt％还原氧化石墨烯，30～40wt％有机硅改性丙烯酸树脂，5～15wt％氨基树脂，2～8wt％聚乙烯吡咯烷酮，余量为水。石墨烯油墨层的制备方法为：将还原氧化石墨烯、有机硅改性丙烯酸树脂、氨基树脂和聚乙烯吡咯烷酮分散于去离子水中，使用磁力搅拌机均匀搅拌3小时以上，搅拌速度为2～3r/s。还原氧化石墨烯的形态为单层、多层二维石墨烯微米片的混合物。与单层石墨烯相比，光吸收效果更好，光热效应明显。

单层石墨烯制备技术要求较高，成本高，难以实现大规模应用

透明聚合物层的厚度为400～550微米，涂覆量为6～8毫克。透明聚合物层采用高透明度(大于80％)、高折射率(大于等于1.4)、低热导率(小于等于0.4W·m^-1·K^-1)的聚合物材料。透明聚合物层由PDMS材料制成。PDMS由聚二甲基硅氧烷和固化剂按质量比(8～15)∶1混合而成。