光通讯小球聚苯胺纳米小球在光电探测器中的应用以及制备方式是什么？

发布时间 : 2024-11-24

作者 : 小编

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聚苯胺纳米小球在光电探测器中的应用以及制备方式是什么？

前言

光电探测器可以将吸收的光子能量转化为电流，从而测量光的强度或功率。

这种技术在光通信、成像和遥感等领域得到广泛应用。近年来，对于快速、高灵敏度和宽波段响应的高性能探测器的需求逐渐增加。

尽管传统的硅基探测器技术已经相当成熟，但在实现高性能和小型化方面存在一些限制。

研究表明，当二维原子晶体的厚度减小到原子级别时，它们呈现出与光相互作用强、机械柔韧性优异以及易于多功能集成等特点。

一、聚苯胺纳米小球实验部分

在冰浴条件下，在250毫升的三口烧瓶中加入80毫升去离子水；随后加入1毫升聚苯胺单体，搅拌15分钟。

称取3.0克三氯化铁，溶于5毫升去离子水中，在2分钟内滴加到体系中，然后在N2保护下反应24小时，抽滤，分别用乙醇和去离子水洗涤，真空下在50℃下干燥24小时，即可得到PAN纳米小球。

在制备PAN纳米小球光电化学池工作电极上，将之前制备的PAN纳米小球分散于DMF中，浓度为8 mg·mL⁻¹。

取1毫升制备的PAN纳米小球/DMF分散液，加入1毫升1.0 mg·mL⁻¹的PVDF/DMF溶液。

搅拌均匀后，通过溶液沉积法将这些PAN纳米小球沉积在ITO玻璃片表面，制备出PAN纳米小球光电化学池工作电极，其沉积厚度控制在150～300纳米之间。

使用扫描电子显微镜（SEM，Hitachi-SU8010）和透射电子显微镜（TEM，FEI Tecnai G2 F30）对PAN纳米小球的形貌和尺寸进行表征。采用傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR，Nicolet 6700）对PAN纳米小球的结构进行分析。

使用热重分析法（TGA，PerkinElmer Pyris 6 TGA）在氮气条件下以10℃/min的升温速率来评估PAN纳米小球的热稳定性。采用紫外-可见吸收光谱仪（UV-Vis）来测定PAN纳米小球的光学特性，测试波长范围为200～1200纳米。

光电化学性能评估使用模拟太阳光（300～800纳米混合光）或单一波长的激光（如350、380、400、475、520、550和650纳米）照射PAN纳米小球光电化学池工作电极，在控制的周期内使用斩波器来控制激光的开关时间（此工作中为5秒/5秒）。

光电化学工作池采用标准的三电极系统，PAN纳米小球作为光电化学池工作电极，Ag/AgCl作为参比电极，铂作为对电极。所采用的电解质为不同浓度的KOH（0.01 M、0.10 M和1.0 M）。

为了了解PAN纳米小球的制备情况，并对其形貌和尺寸进行描述，使用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对其进行表征。

通过化学氧化聚合法制备的PAN纳米小球的SEM表征图，可以清晰地看出这些纳米小球具有均匀的尺寸分布。此外，使用TEM进一步对PAN纳米小球的形貌和尺寸进行了表征。

通过化学氧化聚合法制备的球形PAN纳米材料，其尺寸约为120纳米，分布均匀。

所制备的PAN纳米小球的傅里叶变换红外（FT-IR）光谱曲线，从中可以观察到C=N（1568 cm⁻¹）、C=C（1489 cm⁻¹）、C-N（1291 cm⁻¹）、C-H（1142 cm⁻¹）以及N-H（803 cm⁻¹）等键的信号峰，这与文献中的报道一致。

从热重分析（TGA）曲线可以看出，PAN纳米小球的5 wt%热分解温度达到了414℃，这表明所制备的PAN纳米小球具有良好的热稳定性。

采用典型的电化学工作池方法评估了制备的PAN纳米小球的光电探测能力，制备的PAN纳米小球工作电极的光电流密度随电解质浓度的增加而增加。

例如，在0.6V电位和118mW·cm⁻²激光照射下，PAN纳米小球的光电流密度从0.01M KOH条件下的1.71μA·cm⁻²增加到0.10M KOH条件下的3.15μA·cm⁻²，再增加到1.0M KOH条件下的3.62μA·cm⁻²。这主要是因为随着电解质浓度的增加，界面电阻R明显减小。

PAN纳米小球的界面电阻随着KOH浓度变化的趋势：在0.01M KOH下，R1为51.9Ω；在0.10M KOH下，R2为12.1Ω；而在1.0M KOH下，R3为2.4Ω。

值得注意的是，PAN纳米小球表现出优异的光电流响应能力（在0.10M KOH条件下为3.15μA·cm⁻²），优于目前主流的二维材料，如二维黑磷（约380nA·cm⁻²，0.5M KOH）和碲烯材料（242nA·cm⁻²，0.5M KOH）等，表现出巨大的潜在应用前景。

制备的PAN纳米小球的紫外-可见-近红外（UV-Vis-NIR）光学吸收曲线，从中可以看出PAN纳米小球具有宽广的光学吸收特性（300～1200纳米波长范围），在紫外、可见和近红外波段具有良好的应用潜力。

为了验证UV-Vis-NIR光学吸收，我们采用了不同波长的激光来研究PAN纳米小球的特性。鉴于高浓度的KOH（1.0M）会对PAN纳米小球的工作电极产生一定的电化学氧化作用，因此我们选择在相对较低浓度的KOH（0.1M）电解质下，研究外界电压、激光波长和强度等参数对其光电化学性能的影响。

PAN纳米小球在0.1M KOH电解质下，光电化学性能随外界电压和激光功率变化的情况。测试过程中使用的入射光光密度如下表所示。为了定量评估制备的PAN纳米小球工作电极在KOH电解质下的光电化学性能，使用以下公式计算光电流密度（Pph）和光响应度（Ｒph）：

其中，Ilight和Idark分别代表有光和无光情况下的光电流强度；Pλ和S分别表示入射到ITO玻璃上PAN纳米小球样品的光功率密度和有效面积。

PAN纳米小球的Pph基本上随着不同波长的激光功率的增加而增加，这与模拟太阳光下的情况一致。

例如，在0.1M KOH条件下，0.6V电压和475nm激光照射下，PAN纳米小球的Pph从1.91mW·cm⁻²的0.52μA·cm⁻²增加到4.33mW·cm⁻²的0.81μA·cm⁻²，再增加到7.01mW·cm⁻²的1.05μA·cm⁻²、10.1mW·cm⁻²的1.35μA·cm⁻²以及10.6mW·cm⁻²的1.37μA·cm⁻²。

这主要是因为入射光强度的增加导致电子-空穴对的更有效分离。在IV级（10.1mW·cm⁻²）和IV级（10.6mW·cm⁻²）下，PAN纳米小球的Pph基本相当，这主要是因为入射光强度相近。

在0.1M KOH条件下，0.3V外加电压产生类似的趋势，如图4b所示。PAN纳米小球的Pph随着入射光强度和外部电压的增加而明显增加，如图4c所示。例如，在0.1M KOH和475nm入射光照射下，PAN纳米小球的Pph从0.3V、10.1mW·cm⁻²条件下的0.26μA·cm⁻²增加到0.6V、10.1mW·cm⁻²条件下的1.35μA·cm⁻²。

这主要是因为外部电压在PAN纳米小球周围形成电势梯度，促进空穴-电子对的分离，从而有利于光电流的产生。这表明通过调节外部电压，可以合理优化PAN纳米小球的光电化学性能。

然而，PAN纳米小球的Ｒph相对于Pλ来说表现出相对稳定的响应性，但是对施加的外部电压变化较为敏感，

例如，在475nm波长、10.1mW·cm⁻²激光照射下，当外部电压从0.3V增加到0.6V时，PAN纳米小球的Pph从0.025μA·W⁻¹增加到0.134μA·W⁻¹。

需要注意的是，在相同条件下，不同波长下的低Pλ（如475nm和650nm）所得到的Ｒph远高于高功率模拟太阳光条件下所得到的Ｒph。

例如，在0.1M KOH条件下，475nm波长、1.91mW·cm⁻²激光照射下，PAN纳米小球的Ｒph（0.272μA·W⁻¹，0.6V）远高于模拟太阳光、26.2mW·cm⁻²激光照射下所得到的PAN纳米小球的Ｒph（0.047μA·W⁻¹，0.6V）。

这说明PAN纳米小球在较低Pλ下表现出更好的Ｒph，更有利于基于PAN纳米材料异质结等新型光电子器件的设计和实际应用。

光电化学响应时间（tres）和恢复时间（trec）分别定义为光电化学响应信号从10%增加至90%的时间以及从峰值的90%衰减至10%的时间。

PAN纳米小球的tres为1.1秒，trec为2.5秒，与目前新型纳米材料，如二维黑磷（tres=0.5秒，trec=1.1秒）相当，表现出其较快的光电化学响应能力。

光电探测器的光电响应稳定性对其长期应用具有重要意义。图6展示了PAN纳米小球在0.1M KOH中的光电化学能力稳定性结果。

在一个月的测试后，基于PAN纳米小球的光电化学能力虽然稍微减弱，但仍然保持着优异的光电化学响应能力，这证明它具备出色的光电响应稳定性。

在9500～9600秒的测试时间范围内，新制备的PAN纳米小球工作电极的光电流密度为105 nA·cm⁻²，而一个月后的光电流密度为93.8 nA·cm⁻²。

相对于新制备的PAN纳米小球工作电极，一个月后的光电流密度减少了10.6%。与新型纳米材料如二维黑磷（减少82%）和铋量子点（减少56.7%）相比，PAN纳米小球在这方面具有明显的优势，表明它在实际应用中具有良好的实用价值。

结语

通过溶液沉积法，制备了PAN纳米小球光电化学工作电极，并将其成功应用于光电化学探测器中。

通过化学氧化聚合法制备的PAN纳米小球表现出优异的光电探测性能。其在光电流密度、光电响应稳定性和光电化学响应速度方面的表现均优于一些新型纳米材料。

这种材料有望在光电子器件领域发挥重要作用，为实际应用提供了有力支持。

伊菲股份申请一种战斗过程中便于隐藏用的通信装备专利，通讯信号稳定，且隐蔽性好，不易被外部干扰

金融界2024年6月3日消息，天眼查知识产权信息显示，辽宁伊菲科技股份有限公司申请一项名为“一种战斗过程中便于隐藏用的通信装备“，公开号CN202410397411.2，申请日期为2024年4月。

专利摘要显示，本发明公开了一种战斗过程中便于隐藏用的通信装备，包括在多个区域布设的通讯站以及多个通讯无人机；在战斗区域的不同方位内隐藏布设通讯站，通讯站内设有移动的通讯小车和信号屏蔽装置，通讯小车内设有通讯服务器、供电蓄电池、通讯控制台和多个通讯无人机；通讯无人机内装有单粒信号小球和连线信号小球，通讯无人机在飞行途中按照不规律方式投放单粒信号小球和连线信号小球。本发明利用短距离的信号传输频段，结合多个具有中转信号以及信息采集信号塔的单粒信号小球和连线信号小球进行信号连通，实现通讯；通过布设的单粒信号小球、连线信号小球以及通讯无人机作为中转信号塔进行通讯，通讯信号稳定，且隐蔽性好，不易被外部干扰。

本文源自金融界

聚苯胺纳米小球在光电探测器中的应用以及制备方式是什么？

前言

一、聚苯胺纳米小球实验部分

结语

伊菲股份申请一种战斗过程中便于隐藏用的通信装备专利，通讯信号稳定，且隐蔽性好，不易被外部干扰

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