一种基于宏观长单壁或双壁碳纳米管束的负光控电导器件
阅读：525发布：2020-05-11
专利汇可以提供一种基于宏观长单壁或双壁碳纳米管束的负光控电导器件专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种基于宏观长单壁或双壁 碳 纳米 管束 的负光控电导器件，涉及一种光 电子 学器件。该器件包括一根由宏观长的单壁或双壁碳 纳米管 束丝和两个金属 电极 ，单壁或双壁 碳纳米管 束丝的两端分别与两个金属电极相连接，并封装在 石英 玻璃罩内。工作时，先把金属电极和外 电路 相连接，然后用一光束通过石英玻璃罩直接照射在碳纳米管丝的中部，实验表明，该器件的总电导会受到入射光束强度的调控，即当光束强度增加时，器件的总电导会下降；当光束强度减小时，器件的总电导会上升。但无论入射光束强度大小如何，器件的总电导变化率始终小于或等于零。本 发明 结构简单，制作方便；入射光 波长 响应范围为405nm～1064nm，其光电响应时间小于1秒。，下面是一种基于宏观长单壁或双壁碳纳米管束的负光控电导器件专利的具体信息内容。
一种基于宏观长单壁或双壁碳纳米管束的负光控电导器件
技术领域
背景技术
利用光控电导器件可以通过光学手段有效控制器件中的电导(电阻)值的变化，进而可以改变器件中的电流或电压等电学量的大小，实现用光学方法控制电学信号强度的目的；反之，也可以通过测量光控电导器件中电学量的大小，进而检测出入射到光控电导器件上的光学信号的强度，实现利用电学方法测量光学信号强度的目的，因此，光控电导器件在光电子学领域具有广阔的应用前景。文献资料表明，碳纳米管具有特殊的能级结构和优异的电学及光学性能。目前合成制备单壁或双壁碳纳米管的成熟技术多种多样，例如本发明人已在文献【Ci LJ，Wei JQ，Wei BQ，Liang J，Xu CL，and Wu DH，CARBON 2001，39(3)：329-335】中报道过关于制备单壁碳纳米管的方法，而在文献【Wei JQ，Ci LJ，Jiang B，Li YH，ZhangXF，Zhu HW，Xu CL，and Wu DH，JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY 2003，13(6)：1340-1344】中报道过关于双壁碳纳米管的制备技术；中国发明专利(公开号：1456498)也公开了双壁碳纳米管的制备技术。但利用宏观长单壁或双壁碳纳米管材料设计和制造光控电导器件目前尚未见报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单，制作方便，同时其光电响应时间快的一种负光控电导器件。利用该光控电导器件可以通过光学手段有效控制器件中的电导(电阻)值的变化，进而可以改变器件中的电流或电压等电学量的大小，实现用光学方法控制电学信号强度的目的；同样也可以通过测量光控电导器件中电学量的大小，进而检测出入射到光控电导器件上的光学信号的强度，实现利用电学方法测量光学信号强度的目的。
本发明的技术方案如下：一种基于宏观长单壁或双壁碳纳米管束的负光控电导器件，其特征在于：该负光控电导器件包括一根单壁或双壁碳纳米管束丝和两个金属电极以及石英玻璃罩，所述的单壁或双壁碳纳米管束丝由宏观长的单壁或双壁碳纳米管束构成，单壁或双壁碳纳米管束丝的两端分别与两个金属电极相连接，并封装在石英玻璃罩内。
本发明所提供的基于宏观长单壁或双壁碳纳米管束的负光控电导器件，具有结构简单，制作方便的特点。而且入射光波长响应范围宽，可以响应405nm～1064nm波长的光，同时其光电响应时间小于1秒，是一种新型的光控电导器件。利用该器件的光电响应特性，可以设计出其它新型的光电传感器件和光电探测器件等附图说明图1为本发明所用单壁碳纳米管束的扫描电子显微镜图像。
图2为本发明所用双壁碳纳米管束的扫描电子显微镜图像。
图3是本发明光控电导器件的示意图，图中：1-石英玻璃罩；2-单壁或双壁碳纳米管束丝；3-金属电极；4-入射光束。
图4为本发明基于宏观长单壁碳纳米管束的负光控电导器件在激光照射时的电导变化率对时间的响应曲线。
图5为本发明基于宏观长双壁碳纳米管束的负光控电导器件在激光照射时的电导变化率对时间的响应曲线。
本发明的技术方案如下：一种基于宏观长单壁或双壁碳纳米管束的负光控电导器件，其特征在于：该负光控电导器件包括一根单壁或双壁碳纳米管束丝和两个金属电极以及石英玻璃罩，所述的单壁或双壁碳纳米管束丝由宏观长的单壁或双壁碳纳米管束构成，单壁或双壁碳纳米管束丝的两端分别与两个金属电极相连接，并封装在石英玻璃罩内。
本发明所提供的基于宏观长单壁或双壁碳纳米管束的负光控电导器件，具有结构简单，制作方便的特点。而且入射光波长响应范围宽，可以响应405nm～1064nm波长的光，同时其光电响应时间小于1秒，是一种新型的光控电导器件。利用该器件的光电响应特性，可以设计出其它新型的光电传感器件和光电探测器件等附图说明图1为本发明所用单壁碳纳米管束的扫描电子显微镜图像。
图2为本发明所用双壁碳纳米管束的扫描电子显微镜图像。
图3是本发明光控电导器件的示意图，图中：1-石英玻璃罩；2-单壁或双壁碳纳米管束丝；3-金属电极；4-入射光束。
图4为本发明基于宏观长单壁碳纳米管束的负光控电导器件在激光照射时的电导变化率对时间的响应曲线。
图5为本发明基于宏观长双壁碳纳米管束的负光控电导器件在激光照射时的电导变化率对时间的响应曲线。
具体实施方式
本发明提供的基于宏观长单壁或双壁碳纳米管束的负光控电导器件包括一根单壁或双壁碳纳米管束丝2和两个金属电极3，其中单壁或双壁碳纳米管束丝由许多宏观长的单壁或双壁碳纳米管束构成。金属电极可采用镍、银、铜、钨等材料的电极。制作方法是将单壁或双壁碳纳米管束丝2的两端分别与金属电极的正负极相连接，然后将其封装在石英玻璃罩1内，便构成负光控电导器件。工作时，先把金属电极和外电路相连接，然后利用一光束通过石英玻璃罩直接照射在碳纳米管束丝的中部，这样，该器件的总电导会受到入射光束强度的调控，即当光束强度增加时，器件的总电导会下降；反之，当光束强度减小时，器件的总电导会上升。但无论入射光束强度大小，该器件的总电导变化率始终小于或等于零，如此便构成负光控电导器件。
下面通过具体实施例可进一步理解本发明。
本发明分别采用单壁和双壁碳纳米管束丝(如图1和2所示)与金属镍电极相连接，构成负光控电导器件(如图3所示)。单壁纳米管束丝直径为20μm，长度为2.23mm，电阻为1.23kΩ，双壁纳米管束丝直径为35μm，长度为4.52mm，电阻为395Ω。分别将波长为405nm、532nm、780nm和1064nm的聚焦激光束入射到碳纳米管束丝的中部时(如图3所示)，器件的总电导会随光强增加而变小。实验测量结果表明：对于单壁碳纳米管构成的器件，每瓦单位功率波长为405nm的激光引起的电导变化率约为-60.2％；每瓦单位功率波长为532nm的激光引起该器件的电导变化率约为-52.8％；每瓦单位功率波长为780nm的激光引起该器件的电导变化率约为-42.6％；每瓦单位功率波长为1064nm的激光引起该器件的电导变化率约为-36.7％。
对于双壁碳纳米管构成的器件，每瓦单位功率波长为405nm的激光引起的电导变化率约为-15.4％；每瓦单位功率波长为532nm的激光引起该器件的电导变化率约为-39.7％；每瓦单位功率波长为780nm的激光引起该器件的电导变化率约为-78.9％；每瓦单位功率波长为1064nm的激光引起该器件的电导变化率约为-80.5％。
当然，总电导变化率除依赖于入射激光的功率外，还与光斑直径、光强分布函数、碳纳米管束丝接受光的面积占总表面积的比例等因素有关，因此，具体器件在使用时需要单独定标。从该光控电导器件在激光照射时的电导变化对时间的响应曲线(图4和5)可知，该器件的光电响应时间小于1秒。
下面通过具体实施例可进一步理解本发明。
本发明分别采用单壁和双壁碳纳米管束丝(如图1和2所示)与金属镍电极相连接，构成负光控电导器件(如图3所示)。单壁纳米管束丝直径为20μm，长度为2.23mm，电阻为1.23kΩ，双壁纳米管束丝直径为35μm，长度为4.52mm，电阻为395Ω。分别将波长为405nm、532nm、780nm和1064nm的聚焦激光束入射到碳纳米管束丝的中部时(如图3所示)，器件的总电导会随光强增加而变小。实验测量结果表明：对于单壁碳纳米管构成的器件，每瓦单位功率波长为405nm的激光引起的电导变化率约为-60.2％；每瓦单位功率波长为532nm的激光引起该器件的电导变化率约为-52.8％；每瓦单位功率波长为780nm的激光引起该器件的电导变化率约为-42.6％；每瓦单位功率波长为1064nm的激光引起该器件的电导变化率约为-36.7％。
对于双壁碳纳米管构成的器件，每瓦单位功率波长为405nm的激光引起的电导变化率约为-15.4％；每瓦单位功率波长为532nm的激光引起该器件的电导变化率约为-39.7％；每瓦单位功率波长为780nm的激光引起该器件的电导变化率约为-78.9％；每瓦单位功率波长为1064nm的激光引起该器件的电导变化率约为-80.5％。
当然，总电导变化率除依赖于入射激光的功率外，还与光斑直径、光强分布函数、碳纳米管束丝接受光的面积占总表面积的比例等因素有关，因此，具体器件在使用时需要单独定标。从该光控电导器件在激光照射时的电导变化对时间的响应曲线(图4和5)可知，该器件的光电响应时间小于1秒。
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