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       近日，清华大学-富士康纳米科技中心李群庆研究员课题组报道了一种利用已经实现了工业化生产的超顺排碳纳米管薄膜来制备高性能TiO2基紫外线探测器的新方法。利用超顺排碳纳米管薄膜作为支撑材料，制备得到了高质量的 TiO2 纳米线阵列，并实现了紫外波段1.35 × 1016 Jones 的比探测率。

       这种独特的微纳米形貌不仅极大的增强了TiO2材料的紫外探测表现，还被证明了具备独特的偏振探测性能，这也为其在空间紫外线监测的应用方面奠定了良好的基础。相关工作以题为“Highly Efficient Visible-Blind Ultraviolet Photodetector Based on Scalably Produced Titanium Dioxide Nanowire Arrays”的研究论文发表在Nano Letters上。

       目前，高质量紫外线监测材料的制备成本依然是业界主要关心的问题之一。这里，TiO2材料以磁控溅射的方式制备在悬空结构的超顺排碳纳米管薄膜上。一方面，这种制备方法成本可控，并与目前的半导体工艺相容，最大程度上控制了紫外线监测所需宽禁带半导体材料的制备成本。另一方面，超顺排碳纳米管薄膜的引入为TiO2材料带来了优异的表面微纳米结构，可以有效的增强紫外光在材料表面的吸收和散射，减少光在表面的反射损失，从而增强这种材料在紫外波段的探测表现。

图1 制备得到的TiO2纳米线阵列及其微观细节表现

       以此方法制备得到的TiO2纳米线阵列的表面积得到了极大的增加，这也直接反映在这类器件的紫外线监测表现上。在功率为7 μW/cm2的365 nm紫外光辐照下，其光探测率可以达到7.7 × 103 A/W，并可以实现1.35 × 1016 Jones的比探测率和2.6 × 104的光增益。另一方面，这种优异的紫外光监测性能也得益于这种独特的纳米线阵列结构，光生载流子沿着TiO2纳米线的排布以近似弹道输运的方式传输，也为高质量紫外线监测提供了帮助。

图2 TiO2纳米线器件紫外线监测示意图及性能表现

       此外，由于此种TiO2纳米线阵列可以实现悬空制备，这就使得这种材料可以很好的适应各种类型的硬质和柔性衬底，实现不同衬底上的高质量紫外线监测器制备。实验表明，在柔性的PI衬底上，这种类型的紫外线监测器可以耐受上万次的各种类型弯折，并保持紫外线监测性能不变。这也为紫外线监测在可穿戴设备上的实现提供了一种解决方案。

       进一步，由于如此制备的TiO2纳米线具备一维准周期结构，从而在线偏振态的入射光条件下，其光电响应随入射光偏振态的变化呈现标准正弦变化。这种偏振紫外线监测在偏振源识别、环境监测、偏振成像和生物医学等领域都具有重要的应用价值。通过检测和分析紫外线辐射中的光的偏振状态，可以获得更丰富的信息，为相关领域的研究和应用提供支持。

图3 PI衬底上的紫外线监测器件制备及其耐久性测试，TiO2纳米线阵列的偏振紫外线监测测试

       综上所述，利用超顺排碳纳米管作为支撑材料，该项工作发展出了一整套的TiO2纳米线阵列制备方法，实现了高质量TiO2材料的低成本、可控大面积制备。这种TiO2纳米线阵列体现出了更高的结晶程度和均一的表面微纳米结构，这也使得其紫外监测性能有了极大的提升。在这里，超顺排碳纳米管薄膜被第一次应用于TiO2纳米线的制备工艺流程中，利用其已经实现了工业化制备的优势，也为以此方法制备的半导体纳米线材料提供了较好的应用基础。同时，这种制备思路的提出和验证也将进一步的拓展超顺排碳纳米管薄膜的应用领域。

       原文：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.3c01383