[发明专利](001)取向CdS柔性可拉伸光敏薄膜材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种柔性可拉伸光敏材料及其制备方法，所述柔性可拉伸光敏材料包括柔性基底，位于柔性基底上的缓冲层，以及位于缓冲层上的(001)取向的CdS薄膜。所述方法包括：1)在柔性基底上制备电阻率在5KΩ·m～5MΩ·m的缓冲层；2)采用磁控溅射的方法在缓冲层上制备(001)取向的CdS薄膜，且磁控溅射的参数为：靶枪功率密度为5W/m²～10W/m²，真空背底气压小于9×10^‑4Pa，工作气压为0.5Pa～10Pa；3)退火，得到光敏材料。本发明制备了具有(001)取向的CdS薄膜，得到了柔性可拉伸的光敏材料，其在大尺度应力拉伸状态下依然可以保持良好的电学性能，大大提高了可穿戴式应用的前景。

技术领域

本发明属于面向可穿戴式应用的柔性光电传感材料制备技术领域，涉及一种柔性可拉伸光敏材料及其制备方法，尤其涉及一种具有(001)取向CdS的柔性可拉伸光敏薄膜材料及其制备方法。

背景技术

随着社会的不断进步，人们生活水平的不断提高，生活节奏的不断加快，人们对生活质量的要求也越来越高，智能可穿戴设备的出现给人们生活带来了新的便利，可穿戴设备可以实现与生物体的信息交互，从而实现对生理指标的监测，也可以实时监测周围环境相关指标和数据。要实现以上功能，需要具有各种不同功能的传感器来获取数据，传感器又不可避免的需要与生物组织，人体直接接触，因此，面向可穿戴式应用的传感器需要同时兼顾到信息交互能力以及生物安全性，这就对传感器的柔性化提出了新的要求。

柔性传感器是与刚性传感器相对的一类传感器，其在发生弯折拉伸等形变的情况下依然可以保持良好的传感性能。

面对柔性化光电器件的制备，技术人员也做了很多努力，如CN101532178A、CN203820886U，公开了柔性光敏材料及其制备方法，分别以柔性硅橡胶等材料为基底，在其上采用不同工艺制备光敏材料。这些工艺初步实现了柔性化，但是得到的产品却不具备可拉伸性能，无法与皮肤和身体组织实现共形贴合。

对于光敏传感器，光敏材料是其中的关键部件，光敏薄膜材料是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的传感器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏材料一般用于光的测量、光的控制和光电转换(将光的变化转换为电的变化)。常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器随入射光线(可见光)的强弱变化而变化，在黑暗条件下，它的阻值(暗阻)可达1～10M欧，在强光条件(100LX)下，它阻值(亮阻)仅有几百至数千欧姆。光敏电阻器对光的敏感性(即光谱特性)与人眼对可见光(0.4～0.76)μm的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。

目前可穿戴式传感器受限于材料硬质以及光敏薄膜材料的灵敏度不高等问题而无法广泛应用，因此本发明所述的一种可拉伸传感器材料的制备工艺为穿戴式应用解决了器官贴合以及人体组织保护的问题。

对于光敏材料的性能，晶面取向是决定性能的重要参数之一。晶面取向指：晶体材料在粉末状态下，各个晶面方向的分布是均等的，且暴露晶面为能量最低晶面，既是最稳定晶面。然而在薄膜材料中，由于生长条件的不同，导致基底材料的表面能不同，因此所暴露和择优取向的晶面就不一定为最稳定晶面，例如六方CdS，在自然界中或大部分薄膜材料中所暴露晶面为(101)。

在CdS材料的制备工艺中对制备特定取向的薄膜材料的研究相对较少，如何调控光敏材料的晶面取向以改善光敏材料的柔性、可拉伸器和灵敏度，获得在大尺度应变条件下仍可以保持优良性能的光敏材料具有重要意义，从而解决现有技术中无法实现在柔性可拉伸使用条件下依然可以稳定使用的柔性光敏传感材料的问题。

发明内容