[发明专利]一种自支撑硫化铋纤维膜的制备方法及其在柔性宽光谱光电探测器中的应用

说明书

一种自支撑硫化铋纤维膜的制备方法及其在柔性宽光谱光电探测器中的应用，所述自支撑Bisubgt;2/subgt;Ssubgt;3/subgt;纤维膜是在未使用任何模板及有机物的条件下，通过简单的一步水热法制备的。所述自支撑Bisubgt;2/subgt;Ssubgt;3/subgt;纤维膜是由长度可达毫米级别且纵横比大于1000的超长一维纳米线相互交织自组装而成的，其尺寸至少能够达到约7厘米×2.5厘米。更重要的是，所述自支撑Bisubgt;2/subgt;Ssubgt;3/subgt;纤维膜具有极好的柔性和可塑造性，能够随意弯曲并可裁剪成任意形状。基于所制备的自支撑Bisubgt;2/subgt;Ssubgt;3/subgt;纤维膜构造了柔性宽光谱光电探测器，其在平坦和弯曲状态下均能够实现从紫外、可见到红外波段的宽光谱探测，并且具有高的响应度，快的响应速度以及优异的稳定性。

技术领域

本发明属于半导体探测材料及其制备技术领域，具体涉及一种自支撑硫化铋纤维膜的制备方法及其在柔性宽光谱光电探测器中的应用。

背景技术

宽光谱光电探测器因可同时实现对紫外光、可见光和红外光的探测，而被广泛应用在光通信、生物医疗、环境监测以及导弹制导等领域。然而，随着科技的快速发展，缺乏柔韧性和机械强度的传统宽光谱探测器已难以满足柔性和可穿戴光电器件日益增长的需求。因此，研制具有高柔性和优异探测性能的宽光谱光电探测器是十分必要的。虽然目前已有相关柔性宽光谱光电探测器的报道，但该类器件大多是通过将半导体材料转移或制备在特定柔性衬底上来实现的，其对衬底的依赖性很大，这严重限制了柔性光电器件的商业化，特别是在可穿戴领域。因此，探索一种不依赖于特定衬底就可合成的柔性半导体材料对于开发高性能柔性宽光谱光电探测器具有重要意义。

一般而言，一维纳米结构，特别是纳米线，不仅具有直接的电荷传输路径，而且具有较大的比表面积、高的纵横比和优异的机械柔性，被认为适于开发响应速度快、弯曲探测能力强的柔性光电探测器。然而将单根纳米线结构用于制备器件可能会涉及非常复杂的光刻工艺，并且由于其有效面积小，限制了在大面积柔性和可穿戴领域的实际应用。相比之下，基于由众多纳米线交织而成的纤维薄膜器件，在大面积、柔性和可穿戴领域具有比单一纳米线更大的优势，同时纤维薄膜还能保持单一纳米线的优点，即光载流子寿命长、渡越时间短，有利于实现其在柔性探测中的应用。

超长纳米线对形成高柔性的自支撑薄膜至关重要，在众多半导体中，Bi₂S₃因其固有的一维链状结构和显著的各向异性，容易制备出超长纳米线，进而由其作为基本结构，获得柔性纤维膜。此外，Bi₂S₃作为典型的窄带隙(1.3eV)材料，具有高的载流子迁移率(～200cm²·V^-1·s^-1)、高的光学吸收系数(～10⁵cm^-1)、资源丰富和环境友好等优点，被认为是制备柔性宽光谱探测器的潜在候选材料。然而，迄今为止国内外关于具有纳米线网络结构的大面积自支撑Bi₂S₃纤维膜的制备还未见报道，特别是基于自支撑Bi₂S₃纤维膜的柔性宽光谱探测器件也鲜有报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种自支撑硫化铋纤维膜的制备方法及其在柔性宽光谱光电探测器中的应用。本发明采用水热法首次制备出了自支撑Bi₂S₃纤维膜，并基于其设计了柔性宽光谱光电探测器。本发明采用的方法具有操作简单、环境友好和成本低等优点，适合大规模工业化生产，在柔性和可穿戴光电领域具有很高的应用前景。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种自支撑硫化铋纤维膜，所述纤维膜由一维纳米线相互交织自组装而成，所述一维纳米线的长度可达毫米级别且纵横比大于1000。

一种上述的自支撑硫化铋纤维膜的制备方法，其特征在于：所述方法具体为：