一种柔性光电传感器及其制备方法

本发明属于传感器，具体涉及一种柔性光电传感器及其制备方法。

背景技术：

1、光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器，其能够将光信号转换为电信号。柔性光电传感器是当前应用前景最为广阔的光电传感器之一，其在生物医学、可穿戴设备、环境监测等领域均有应用。在生物医学领域，柔性光电传感器可以用于实时监测患者的生理参数，如心率、血压、血糖等；在可穿戴设备领域，柔性光电传感器可以用于制造智能手环、智能手表等设备，实现健康监测和运动监测等功能；在环境监测领域，柔性集成光电传感器可以用于实时监测空气质量、水质等环境参数，为环境保护提供有力支持。

2、柔性光电传感器具有易弯曲、检测距离长、响应时间短、分辨率高且可实现对颜色的判别等优点，但也存在如下不足：易破损，耐用度和寿命相对较短；受环境影响较大，对温度和湿度敏感，特别是在较高湿度环境下，性能会很快大幅下降甚至无法使用；膜表面易积尘、积污及起水雾，透光性不足，影响光电传感器的正常使用。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种柔性光电传感器及其制备方法，旨在至少一定程度上克服现有技术中存在的上述不足。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种柔性光电传感器的制备方法，其包括如下步骤：

3、s1.对透明柔性基底的上表面进行氧等离子体处理，处理完成后，在上表面的中间区域使用mxene薄层分散液进行旋涂成膜，加热后退火处理得阳极层,透明柔性基底在阳极层周边预留有密封区；

4、s2.先在阳极层上表面由下至上依次形成空穴传输层、光电活性层、电子传输层和阴极层，然后再形成覆盖于所述阴极层及密封区且从四周密封所述阳极层、空穴传输层、光电活性层、电子传输层和阴极层的柔性密封层；

5、s3.对透明柔性基底的下表面进行等离子体处理，处理完成后，在透明柔性基底的下表面成形柔性透光疏水层，即得。

6、在上述技术方案的基础上，本发明还可以有如下进一步的具体选择或更优选择。

7、具体的，s1中的透明柔性基底为pet膜，mxene薄层分散液为浓度为2.5-5.5mg/ml的碳化钛薄层分散液，所述密封区的宽度为3-8mm。

8、具体的，所述空穴传输层为n,n-二甲基甲酰胺和乙二醇二元掺杂且分层涂覆后固化而成的pedot:pss导电聚合物。

9、具体的，所述空穴传输层成形时，先将固含量为1.2-2.0％的pedot:pss水溶液分成两份，其中一份掺入1-1.5％质量的n,n-二甲基甲酰胺混匀得溶液一，另一份掺入2.5-3.5％质量的乙二醇混匀得溶液二，先使用溶液一在阳极层上表面涂覆成膜，置于100-120℃的真空干燥箱中，烘烤3-5min，取出自然冷至室温后，先使用氧等离子体处理新形成膜层2-3min,然后再使用溶液二在已有膜层的上表面进行喷涂成膜，随后置于135-145℃的真空干燥箱中，烘烤30-40min,即形成空穴传输层。

10、具体的，所述光电活性层为在所述空穴传输层上表面沉积形成的钙钛矿膜层。

11、具体的，所述电子传输层为mg掺杂的zno薄膜。

12、优选的，所述阴极层为成形于所述电子传输层上表面的铝膜。

13、具体的，所述柔性密封层为周边通过胶粘剂与密封区密封连接的柔性防水膜，优选的所述柔性防水膜可以为pet膜、pvc膜或pe膜。

14、优选的，所述柔性透光疏水层为厚度为10-30nm的dyn-pdms薄膜。

15、另外，本发明还提供了一种柔性光电传感器，其通过上述方法制备得到。该柔性光电传感器包括由下至上依次层叠设置的柔性基底、阳极层、空穴传输层、光电活性层、电子传输层和阴极层，其还包括柔性透光疏水层和柔性密封层，所述空穴传输层由改性的pedot:pss的导电聚合物构成，所述柔性透光疏水层成形于所述柔性基底的下表面，所述柔性密封层覆盖于所述阴极层上表面及所述阳极层、空穴传输层、光电活性层、电子传输层和阴极层的周边。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

17、1)本发明提供的柔性光电传感器具有柔性密封层，柔性密封层与柔性基底一同将阳极层、空穴传输层、光电活性层、电子传输层和阴极层密封封装，各功能层与空气中的氧、水、粉尘等物质隔绝，可保证该柔性光电传感器具备较好的耐用性，使用寿命长且能够在较高湿度环境下正常使用；

18、2)本发明提供的柔性光电传感器还具有位于柔性基底下表面的柔性透光疏水层，其由高透光及超疏水的纳米膜层构成，水雾、粉尘及污渍等难以沾染附着于其上，故能够保证柔性光电传感器在使用时减少清洁频率，能够较长时间的保持对光敏感性，性能显著提升；

19、3)本发明提供的柔性光电传感器的空穴传输层由n,n-二甲基甲酰胺和乙二醇二元掺杂且分层涂覆后固化而成的pedot:pss导电聚合物构成，分层涂覆时先用对n,n-二甲基甲酰胺掺杂的pedot:pss导电聚合物膜层适度干燥后使用氧等离子处理，表面形成纳米尺寸的有助于增强空穴传输的凸起及凹陷结构，然后再在其上喷涂乙二醇掺入的pedot:pss水溶液，喷涂后其部分下渗进入前一膜层并随后在加热作用下固化成一体构成透光性更好、导电能力更强的空穴传输层，可显著提升光电传感器性能。

技术特征：

1.一种柔性光电传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种柔性光电传感器的制备方法，其特征在于，s1中的透明柔性基底为pet膜，mxene薄层分散液为浓度为2.5-5.5mg/ml的碳化钛薄层分散液，所述密封区的宽度为3-8mm。

3.根据权利要求1所述的一种柔性光电传感器的制备方法，其特征在于，所述空穴传输层为n,n-二甲基甲酰胺和乙二醇二元掺杂且分层涂覆后固化而成的pedot:pss导电聚合物。

4.根据权利要求3所述的一种柔性光电传感器的制备方法，其特征在于，所述空穴传输层成形时，先将固含量为1.2-2.0％的pedot:pss水溶液分成一份，一份中掺入1-1.5％质量的n,n-二甲基甲酰胺混匀得溶液一，另一份中掺入2.5-3.5％的乙二醇混匀得溶液二，先使用溶液一在阳极层上表面涂覆成膜，置于100-120℃的真空干燥箱中，烘烤3-5min，取出自然冷至室温后，先使用氧等离子体处理新形成膜层2-3min,然后再使用溶液二在已有膜层的上表面进行喷涂成膜，随后置于135-145℃的真空干燥箱中，烘烤30-40min,即形成空穴传输层。

5.根据权利要求1所述的一种柔性光电传感器的制备方法，其特征在于，所述光电活性层为在所述空穴传输层上表面沉积形成的钙钛矿膜层。

6.根据权利要求1所述的一种柔性光电传感器的制备方法，其特征在于，所述电子传输层为mg掺杂的zno薄膜。

7.根据权利要求1所述的一种柔性光电传感器的制备方法，其特征在于，所述阴极层为成形于所述电子传输层上表面的铝膜。

8.根据权利要求1所述的一种柔性光电传感器的制备方法，其特征在于，所述柔性密封层为周边通过胶粘剂与密封区密封连接的柔性防水膜，所述柔性防水膜为pet膜、pvc膜或pe膜。

9.根据权利要求1至9任一项所述的一种柔性光电传感器的制备方法，其特征在于，所述柔性透光疏水层为厚度为10-30nm的dyn-pdms薄膜。

10.一种柔性光电传感器，其特征在于，通过权利要求1至9任一项所述的方法制备得到。

技术总结本发明涉及一种柔性光电传感器及其制备方法，该方法包括如下步骤：S1.对透明柔性基底的上表面进行氧等离子体处理，随后在中间区域使用MXene薄层分散液进行旋涂成膜，加热后退火处理得阳极层,基底在阳极层周边预留有密封区；S2.先在阳极层上表面由下至上依次形成空穴传输层、光电活性层、电子传输层和阴极层，然后再形成封装各功能层的柔性密封层；S3.在基底的下表面成形柔性透光疏水层，即得。优点为，具有柔性密封层，故各功能层与外界隔绝，可在较高湿度环境下使用；具有柔性透光疏水层，高透光、不易粘污或起雾，清洁频率低；空穴传输层由二元掺杂且分层固化的PEDOT:PSS导电聚合物构成，透光性好、导电能力强，可显著提升传感器性能。技术研发人员：刘儒平,朱建效,姜皓文,孔子琪,刘鑫,孙志成,李烨,曹梅娟,侯兰兰受保护的技术使用者：北京印刷学院技术研发日：技术公布日：2025/1/6