CN111909295B - 一种光敏化材料的制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及感光材料领域，提供了一种光敏化材料的制备方法，将金属盐溶于溶剂，加入配体，使用一锅法制备得到金属点材料；然后与聚合物单体进行混合，铺开后进行紫外光固化，即得所述光敏化材料。由于金属点稳定，合成简易，且可以大批量生产，并且结构可控，感光区覆盖宽，且毒性低，由于其纳米级尺度可以与柔性基底匹配，在各方面占优势的情况下，利用一层薄薄的金属簇层覆盖在感光层上方，即可起到敏化的作用，结合感光层的高载子迁移率以及敏化层的高吸光率，大大的提升了器件的光响应能力，满足目前大尺寸显示需求。
Description
技术领域
本发明涉及感光材料领域，具体涉及一种光敏化材料的制备方法及应用。
背景技术
LCD大屏高清显示近期各大企业竞争激烈，为了给其增光添彩，目前策略则是采用“加量不加价原则”，对其进行附加功能开发，增加其使用体验感。目前主推的策略则是将小尺寸的环境光感应、色温感应、触觉响应或声控加附于大屏显示器上，其中环境光感应是利用三极管TFT感光传感器使整个屏幕都具有感光能力，进而可以用激光笔对其进行远距离操作，提升显示器的人机交互能力，使其更加智能便捷。
目前TFT感光器件的主要核心感光层为无机物a-Si等以及无机氧化物IZGO等居多，多数在紫外区感光能力强，在可见光区响应度比较低，并且能带确定，可控性差，调节只可采用掺杂手段，方法单一，掺杂元素可选择性少，且产业链上调节起来几乎不可能；接替的新一代感光物质为有机物，有机物种类繁多，结构可控，在紫外可见近红外光区吸光能力均可调节，但是有机物合成起来周期长，毒性大且产率低，限制了其大规模应用生产。
发明内容
针对TFT光传感器领域感光材料以上诸多不足，本发明提供一种光敏化材料的制备方法及应用。
本发明的技术方案通过如下方式实现：
本申请提供一种光敏化材料的制备方法，包括如下步骤：
S1.金属点的制备：将金属盐溶于溶剂，加入配体，使用一锅法制备得到金属点材料；
S2.与聚合物材料进行复合：将所述金属点材料与聚合物单体混合，铺开后进行紫外光固化，即得所述光敏化材料。
在本申请的一个优选实施例中，所述步骤S1中，所述金属盐为铜盐、金盐、银盐、铁盐、锌盐中的至少一种；所述溶剂为二苄醚溶剂、石蜡、二苄醚、油酸、十二胺中的至少一种。
在本申请的一个优选实施例中，所述步骤S1中，所述配体为己基硫醇、辛基硫醇、十二烷基硫醇、十六烷基硫醇、丙烯酸烷基硫醇酯中的至少一种。
在本申请的一个优选实施例中，所述步骤S1中，所述配体为丙烯酸烷基硫醇酯，分子式为：
其中，R是碳链长度1～4个碳不等的直链烷烃或支链烷烃。
在本申请的一个优选实施例中，所述步骤S1中，所述配体为如下芳香配体中的至少一种:
在本申请的一个优选实施例中，所述步骤S2中，所述聚合物单体为多羟基醇丙烯酸酯。
本申请还提供一种感光TFT器件，包括光敏化材料制成的光敏化层，所述光敏化层使用前述光敏化材料制成。这种新型金属点敏化的感光TFT器件结构，利用金属点强的感光性能结合TFT无机/有机光感层高的载流子迁移率，大幅度提升显示器的环境光感应能力，满足大尺寸TV激光笔触控交互的需求。
本申请还提供一种柔性可穿戴器件，包括前述的感光TFT器件。
在本申请的一个优选实施例中，所述感光TFT器件为柔性可弯曲膜材。
有益效果如下：
本发明主要利用金属点搭配无机以及有机光感材料，由于金属点稳定，合成简易，且可以大批量生产，并且结构可控，感光区覆盖宽，且毒性低，由于其纳米级尺度可以与柔性基底匹配，在各方面占优势的情况下，利用一层薄薄的金属簇层覆盖在感光层上方，即可起到敏化的作用，结合感光层的高载子迁移率以及敏化层的高吸光率，大大的提升了器件的光响应能力，满足目前大尺寸显示需求。
附图说明
图1为硫醇修饰的金属点制备过程示意图；
图2为不同种类金属点吸收光谱；
图3为光感TFT器件结构示意图；
图4为金属点柔性膜材示意图；
图5为光响应性对比结果图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细的说明。
小尺寸光学感应器件感光层一般为无机物，种类单一，光学感应带隙固定，可控性差，且在可见光区一般难以满足大尺寸显示器光学感应数量级的需求，所以需要对感光材料不断做出革新。本发明利用超小尺寸的金属点作为感光层之上的光敏化层，金属点自身结构稳定，合成简易，且可以大批量生产，并且结构可控，感光区覆盖宽，且毒性低，由于其纳米级尺度可以与柔性基底匹配，在各方面占优势的情况下，利用一层薄薄的金属簇层覆盖在感光层上方，即可起到敏化的作用，结合感光层的高载子迁移率以及敏化层的高吸光率，大大的提升了器件的光响应能力，满足目前大尺寸显示光响应数量级的需求。
本发明包含一锅法制备不同尺寸金属点(通常<20nm)，感光TFT器件架构的构筑，感光性能测试以及将TFT集成在大尺寸显示屏中。利用金属点等离子体共振吸收特性强化光感性能，使其在可见光区域具有高灵敏性，高响应度以及实际应用价值。其详细的制备方法如下：
1.不同尺寸金属点的制备
将金属盐溶于溶剂，加入配体，水浴一锅法制备得到金属点材料。
使用的金属盐为铜盐、金盐、银盐、铁盐、锌盐中的至少一种，金属盐可以一种单独使用，也可以混合添加。使用的溶剂为二苄醚溶剂、石蜡、二苄醚、油酸、十二胺中的至少一种，溶剂可以一种单独使用，也可以混合添加。金属盐溶于溶剂形成0.01M～1M的反应底液，优选浓度范围0.05～0.5M，反应底液制备过程中可以使用超声等辅助手段，促进金属盐的溶解。
反应底液中随后滴加入十二烷基硫醇配体，配体与金属盐的摩尔比为7：1～20：1，水浴30℃～100℃一锅法搅拌5～30min，即可得到不同尺寸不同金属中心的金属点材料，制备路径如图1。
金属盐可以是氯化铜、氯金酸、硝酸银、硝酸铜、醋酸铜、乙酰丙酮铜、硫酸铜、氯化铁、硝酸铁、氯化锌、硝酸锌、醋酸银中的至少一种。十二烷基硫醇配体也可以更换为饱和的己基硫醇、辛基硫醇和十六烷基硫醇；也可以是不饱和的丙烯酸烷基硫醇酯，其中R是碳链长度1～4个碳不等的直链烷烃或支链烷烃。配体结构如下所示，从上至下依次为己硫醇、辛硫醇、十二烷基硫醇、十六烷基硫醇、丙烯酸烷基硫醇酯：
另外，配体结构不局限于脂肪族烷基硫醇，还可以为芳香配体，具体芳香硫醇配体结构如下所示：
上述金属点的制备过程中，比较重要的是不同种类的金属点吸收覆盖整个可见光区，铜纳米粒子等离子体吸收峰在560-610纳米，银纳米粒子等离子体吸收峰在410-470纳米，金纳米粒子等离子体吸收峰在500-530纳米。具体吸收谱图覆盖范围如图2所示。
且其中同一种金属纳米粒子随着尺度的变化，吸收峰位进一步可控，一般规律为随着尺寸的增大，吸收峰位逐渐红移，所以金属点吸收可控性极大。
2.与聚合物材料进行复合
将所述金属点材料与聚合物单体混合，铺开后进行紫外光固化，即得所述光敏化材料。聚合物单体为多官能基单体，主要是多羟基醇丙烯酸酯。铺开的方式优选旋涂铺开，便于紫外固化。
3.金属点敏化的环境光感应TFT器件制备
在玻璃基板上溅射上金属电极Cu，然后镀一层SiO2作为绝缘保护层，用无定形Si及n+Si层做沟道感光层和欧姆接触层，在之上为铜电极，然后对沟道上旋涂一层光敏化层，即金属点与聚合物复合材料，最后对整体感光TFT器件做一个聚酯封装，TFT器件可以是现有的所有TFT器件结构，例如图3所示的光感TFT膜层架构。
其中光敏化层则是将金属点材料与聚合物材料进行复合，聚合物单体为多官能基单体，主要是多羟基醇丙烯酸酯。将金属点与单体混合，将混合液旋涂于感光层之上，然后进行紫外光固化即可，由于金属点尺寸超小且与聚合物复合，所以可做成柔性可弯曲膜材，与柔性基地PET相容，可做柔性可穿戴材料。如图4所示。
最后，在制作柔性器件时将TFT做一个系统的集成，并应用于柔性穿戴领域，例如直接套于手指关节处。由于本TFT感光器件结构综合感光层的高载流子迁移率以及高光敏化层的吸光度，相较于传统结构相比，器件光响应以及光灵敏度占有绝对优势。性能对比如图5所示。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (8)
1.一种感光TFT器件，其特征在于，包括有机/无机光感层、光敏化材料制成的光敏化层；所述光敏化材料的制备方法，包括如下步骤：
S1.金属点的制备：将金属盐溶于溶剂，加入配体，使用一锅法制备得到金属点材料；
S2.与聚合物材料进行复合：将所述金属点材料与聚合物单体混合，铺开后进行紫外光固化，即得所述光敏化材料。
2.根据权利要求1所述的感光TFT器件，其特征在于，所述步骤S1中，所述金属盐为铜盐、金盐、银盐、铁盐、锌盐中的至少一种；所述溶剂为二苄醚溶剂、石蜡、二苄醚、油酸、十二胺中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的感光TFT器件，其特征在于，所述步骤S1中，所述配体为己基硫醇、辛基硫醇、十二烷基硫醇、十六烷基硫醇、丙烯酸烷基硫醇酯中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的感光TFT器件，其特征在于，所述步骤S1中，所述配体为丙烯酸烷基硫醇酯，分子式为：
其中，R是碳链长度1～4个碳不等的直链烷烃或支链烷烃。
5.根据权利要求1所述的感光TFT器件，其特征在于，所述步骤S1中，所述配体为如下芳香配体中的至少一种:
6.根据权利要求1所述的感光TFT器件，其特征在于，所述步骤S2中，所述聚合物单体为多羟基醇丙烯酸酯。
7.一种柔性可穿戴器件，其特征在于，包括权利要求1-6中任意一项的感光TFT器件。
8.根据权利要求7所述的柔性可穿戴器件，其特征在于，所述感光TFT器件为柔性可弯曲膜材。
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