本发明专利技术提供了一种具有光电效应的碲烯/石墨烯杂化纤维膜的制备方法，包括如下步骤：制备碲烯与氧化石墨烯的混合物、制备碲烯/氧化石墨烯混合分散液、纺丝以及制备碲烯/石墨烯杂化纤维膜。本发明专利技术具有光电效应的碲烯/石墨烯杂化纤维膜的制备方法通过氧化石墨烯辅助分散及辅助纺丝的作用，解决了碲烯容易发生相互的堆叠、水中分散性不佳、以及碲烯分散液本身不具备可纺性等缺陷，实现了高浓度碲烯的稳定分散及高碲烯比例的碲烯/氧化石墨烯的连续纺丝。本发明专利技术还提供了一种具有光电效应的碲烯/石墨烯杂化纤维膜及其应用。
【技术实现步骤摘要】
一种具有光电效应的碲烯/石墨烯杂化纤维膜及其制备方法和应用
本专利技术涉及纳米半导体材料
，具体涉及一种具有光电效应的碲烯/石墨烯杂化纤维膜，本专利技术还涉及到该具有光电效应的碲烯/石墨烯杂化纤维膜的制备方法和应用。
技术介绍
光电探测器的工作原理是基于光电效应，光电探测器能把光信号转换为电信号。其在军事和国民经济的各个领域有广泛用途。在可见光或近红外波段主要用于射线测量和探测、工业自动控制、光度计量等；在红外波段主要用于导弹制导、红外热成像、红外遥感等方面。现有光电探测器的电极通常为金、银等贵金属，或弯曲性能较差的ITO电极。这些材料制得的光电探测器通常成本极高或器件为刚性的，不适用于当前的可弯曲的柔性电子器件的要求。因此，开发柔性光电探测器成为当下研究的热点，也是可穿戴电子器件开发的难点，其中半导体柔性纤维膜就是柔性光电探测器的一种。现有技术中将纤维制膜的工艺往往是：短切纤维并抽滤成膜，工艺繁琐、纤维长短难以精准控制，且不利于自动化制备纤维膜。麻武军等人报道过一种杂化纤维的制备方法，麻武军所报道的方法典型步骤如下：将氧化石墨烯(GO)粉末与炭黑(CB)按一定比例分散在去离子水中，得到固含量为10mg/ml的分散液。然后将分散液超声2h，然后在60℃下蒸发浓缩至40mg/ml，得到浓缩分散液。以浓缩分散液为纺丝原液，以乙酸为凝固浴，进行湿法纺丝，得到GO/CB杂化纤维。将GO/CB杂化纤维在60℃下真空干燥24h后，将干燥的纤维在HI中100℃下还原1h，然后用乙醇洗涤3遍。最后再在60℃下真空干燥。但是，杂化体系的纺丝液仅是靠简单的共混实现，因此在添加物及添加物含量上受很大限制。另外，制备的杂化纤维稳定性能差，光电效应不显著。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种具有光电效应的碲烯/石墨烯杂化纤维膜的制备方法，本专利技术还提供了一种采用上述具有光电效应的碲烯/石墨烯杂化纤维膜的制备方法制得的具有光电效应的碲烯/石墨烯杂化纤维膜以及上述具有光电效应的碲烯/石墨烯杂化纤维膜在柔性光电探测器上的应用。本专利技术提供的一种具有光电效应的碲烯/石墨烯杂化纤维膜的制备方法能够有效解决现有技术中碲烯与石墨烯分散不均、碲烯与石墨烯配比难以调控、可纺性差、添加物以及添加物的含量选择上具有相对较大的灵活度等问题，制备出的碲烯/石墨烯杂化纤维膜柔性、直径等容易控制，物理性能优越，光电效应显著，能够广泛应用于柔性光电探测器。第一方面，本专利技术提供了一种具有光电效应的碲烯/石墨烯杂化纤维膜的制备方法，包括如下步骤：制备碲烯与氧化石墨烯的混合物：提供碲烯预剥离分散液，向碲烯预剥离分散液中添加氧化石墨烯并进行恒温水浴超声，离心、收集底层混合物，再将底层混合物分散于水中，洗涤、浓缩、干燥，制得碲烯与氧化石墨烯的混合物；制备碲烯/氧化石墨烯混合分散液：向碲烯与石墨烯的混合物中加水搅拌后得到混合液，使用脉冲式尖端超声的方式对混合液进行超声，超声结束后对混合液进行浓缩，制得碲烯/氧化石墨烯混合分散液；纺丝：以碲烯/氧化石墨烯混合分散液作为纺丝原液，以冰醋酸作为凝固浴，采用旋转台进行湿法纺丝，且纺丝针头相对旋转台凝固浴的线速度大于最大可连续成纤的线速度，制得碲烯/氧化石墨烯杂化短纤维；制备碲烯/石墨烯杂化纤维膜：收集碲烯/氧化石墨烯杂化短纤维后，对含有碲烯/氧化石墨烯杂化短纤维的凝固浴进行抽滤、还原，制得碲烯/石墨烯杂化纤维膜。本专利技术具有光电效应的碲烯/石墨烯杂化纤维的制备方法通过氧化石墨烯辅助分散及辅助纺丝的作用，解决了碲烯容易发生相互的堆叠、水中分散性不佳、以及碲烯分散液本身不具备可纺性等缺陷。现有方法中添加物与氧化石墨烯的混合方式过于简单，对于容易相互堆叠且在水中分散性不佳的碲烯等二维晶体来说，难以与氧化石墨烯形成片层相互交错的结构，因此容易发生碲烯等在局部浓度过高或堆叠，从而造成纤维的不可纺。通过在碲烯剥离过程中加入氧化石墨烯，这可以实现氧化石墨烯与碲烯的均匀混合及整个体系的稳定分散，并能有效的防止剥离开的碲烯重新堆叠在一起而发生沉降，实现了高浓度碲烯的稳定分散及高碲烯比例的碲烯/氧化石墨烯的连续纺丝。在本专利技术一具体实施例中，在制备碲烯与氧化石墨烯混合物步骤中，所述碲烯预剥离分散液的溶剂为N-甲基吡咯烷酮。N-甲基吡咯烷酮溶剂溶解碲烯，一者便于氧化石墨烯与碲烯均匀混合，二者有利于后续的超声分散过程，提升超声分散的效率。优选的，在制备碲烯与氧化石墨烯混合物步骤中，所述碲烯预剥离分散液采用如下方法制备：提供碲粉并添加到N-甲基吡咯烷酮中，对碲粉的N-甲基吡咯烷酮溶液进行恒温水浴超声24～120h，所述恒温水浴超声的温度为小于等于10℃；超声结束后对混合溶液进行离心，收集上清液，即为碲烯预剥离分散液。更优选的，在制备碲烯与石墨烯混合物步骤中，对碲粉的N-甲基吡咯烷酮溶液进行恒温水浴超声72h，所述恒温水浴超声的温度为10℃。更优选的，超声结束后对混合溶液进行离心，离心转速为5000rpm，离心时间为60min。优选的，在制备碲烯与氧化石墨烯混合物步骤中，所述碲烯与氧化石墨烯的质量之比为0.1～7:3。更优选的，所述碲烯与氧化石墨烯的质量之比为1:1。该比例的范围的碲烯/石墨烯杂化纤维具有更优的物理性能和更好的光电响应。优选的，在制备碲烯与氧化石墨烯混合物步骤中，所述恒温水浴超声的温度为小于等于10℃，所述恒温水浴超声的时间为4～36h。更优选的，所述恒温水浴超声的温度为10℃，所述恒温水浴超声的时间为12h。该恒温水浴超声条件下能够提升碲烯与氧化石墨烯的混合物更好的均匀分散，防止碲烯相互堆叠。优选的，在制备碲烯与氧化石墨烯混合物步骤中，离心转速为8000～15000rpm，离心时间为20～200min。更优选的，离心转速为10000rpm，离心时间为60min。该离心条件能够确保碲烯与氧化石墨烯的混合物与溶剂充分分离，除去溶剂水的同时也能充分收集碲烯与氧化石墨烯的混合物，利于后续浓缩、干燥过程。优选的，离心后，倒掉上清液，刮下离心管壁上附着的碲烯与氧化氧化石墨烯的混合物。优选的，在制备碲烯/氧化石墨烯混合分散液步骤中，将碲烯与氧化石墨烯的混合物分散于水中，通过旋蒸去溶剂的方法对碲烯与氧化石墨烯的混合物洗涤、干燥。优选的，在制备碲烯/氧化石墨烯混合分散液步骤中，将得到混合液调制浓度为5～20mg/ml，再对5～20mg/ml的混合液进行脉冲式尖端超声。更优选的，将得到混合液调制浓度为10mg/ml。优选的，所述脉冲式尖端超声的超声间隔时间为：超声5s，间隔5s，超声总时间为4h。优选的，在制备碲烯/氧化石墨烯混合分散液步骤中，超声结束后，通过加热对混合液进行浓缩，浓缩至固含量浓度为15～25mg/ml，得到碲烯/氧化石墨烯混合分散液。更优选的，超声结束后，通过加热对混合液进行浓缩，浓缩至固含量浓度为20mg/ml。优选的，在纺丝步骤中，所述纺丝针头相对旋转台凝固浴的转速为30rpm，所述纺丝针头距离本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有光电效应的碲烯/石墨烯杂化纤维膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n制备碲烯与氧化石墨烯的混合物：提供碲烯预剥离分散液，向碲烯预剥离分散液中添加氧化石墨烯并进行恒温水浴超声，离心、收集底层混合物，再将底层混合物分散于水中，洗涤、浓缩、干燥，制得碲烯与氧化石墨烯的混合物；/n制备碲烯/氧化石墨烯混合分散液：向碲烯与石墨烯的混合物中加水搅拌后得到混合液，使用脉冲式尖端超声的方式对混合液进行超声，超声结束后对混合液进行浓缩，制得碲烯/氧化石墨烯混合分散液；/n纺丝：以碲烯/氧化石墨烯混合分散液作为纺丝原液，以冰醋酸作为凝固浴，采用旋转台进行湿法纺丝，且纺丝针头相对旋转台凝固浴的线速度大于最大可连续成纤的线速度，制得碲烯/氧化石墨烯杂化短纤维；/n制备碲烯/石墨烯杂化纤维膜：收集碲烯/氧化石墨烯杂化短纤维后，对含有碲烯/氧化石墨烯杂化短纤维的凝固浴进行抽滤、还原，制得碲烯/石墨烯杂化纤维膜。/n
【技术特征摘要】
1.一种具有光电效应的碲烯/石墨烯杂化纤维膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
制备碲烯与氧化石墨烯的混合物：提供碲烯预剥离分散液，向碲烯预剥离分散液中添加氧化石墨烯并进行恒温水浴超声，离心、收集底层混合物，再将底层混合物分散于水中，洗涤、浓缩、干燥，制得碲烯与氧化石墨烯的混合物；
制备碲烯/氧化石墨烯混合分散液：向碲烯与石墨烯的混合物中加水搅拌后得到混合液，使用脉冲式尖端超声的方式对混合液进行超声，超声结束后对混合液进行浓缩，制得碲烯/氧化石墨烯混合分散液；
纺丝：以碲烯/氧化石墨烯混合分散液作为纺丝原液，以冰醋酸作为凝固浴，采用旋转台进行湿法纺丝，且纺丝针头相对旋转台凝固浴的线速度大于最大可连续成纤的线速度，制得碲烯/氧化石墨烯杂化短纤维；
制备碲烯/石墨烯杂化纤维膜：收集碲烯/氧化石墨烯杂化短纤维后，对含有碲烯/氧化石墨烯杂化短纤维的凝固浴进行抽滤、还原，制得碲烯/石墨烯杂化纤维膜。
2.如权利要求1所述的具有光电效应的碲烯/石墨烯杂化纤维膜的制备方法，其特征在于，在制备碲烯与氧化石墨烯混合物步骤中，所述碲烯与氧化石墨烯的质量之比为0.1～7:3。
3.如权利要求1所述的具有光电效应的碲烯/石墨烯杂化纤维膜的制备方法，其特征在于，在制备碲烯与氧化石墨烯混合物步骤中，所述恒温水浴超声的温度为小于等于10℃，所述恒温水浴超声的时间为4～36h。
4.如权利要求1所述的具有光电效应的碲烯/石墨烯杂化纤维膜的制备方法，其特征在于，在制备碲烯与氧化石墨烯混合物步骤中，离心转速为8000～15000rpm，离心时间为20～200min；
离心后，倒掉上清液，沉淀物即为碲烯与氧化石墨烯的混合物。
【专利技术属性】
技术研发人员：张晗，孟思，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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