摘要
光电探测器在通信、成像、光谱测量和传感等领域都有巨大的应用潜力，吸引了广泛的研究兴趣。光热效应是指材料受光照射后，光生电子与晶格相互作用，导致晶格振动加剧，温度升高的现象。光热效应是构建光探测器方面的重要途径之一，然而现有的探测器大都是结构精密、价格昂贵、易损坏，因此这些光探测器在家居、农业、环境等特定应用场景实用性不强。然而目前对太阳光的宽谱探测越来越成为人们的日常生活和工作中不可或缺的一部分，因此一个免电、免维护、长寿命、响应快、成本低的探测器变得非常重要，但是目前对于这种探测器的研究还比较稀缺。本论文以光热效应为基础，制备得到光热材料与热敏电阻相结合的宽谱光探测器、光热材料与温敏性结构色水凝胶相结合的太阳光探测器，以及拓展了光热效应在太阳能驱动水蒸发方面的应用，并制备盐度探测器用于探测海水淡化前后水的盐度。主要研究内容如下： （1）以还原氧化石墨烯(ReducedGrapheneOxide,rGO)薄膜作为光热材料，与热敏电阻相结合制备宽谱响应的光探测器。利用光热效应将入射光的能量转变为热能，再利用热敏电阻将热信号转变为电信号，从而实现对光功率的探测。在石墨烯光热薄膜表面包覆一层聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)层，既巩固了光热薄膜的稳定性,又增强了光热效应，从而提高了光探测器的探测性能。 （2）以铜颗粒和蜡烛烟灰复合薄膜作为光热层，与具有温敏性结构色的水凝胶结合构建一种无电源、可视化探测太阳光强度的光探测器。将二氧化硅光子晶体(PhotonicCrystals,PCs)组装到温度敏感型的水凝胶(PNiPAM)上构成结构色水凝胶。将光热层和结构色水凝胶分别置于锌箔的上、下表面，得到太阳光探测器。光热层将光能转换成热能，热能通过锌箔传递到结构色水凝胶，水凝胶受热收缩使得结构色发生变化。不同的太阳光强度会诱发不同的表面温度和结构色，因此可以通过观察水凝胶的颜色变化来检测太阳光强度。随着太阳光强度从0.62增加到1.27kW/m2，水凝胶的结构颜色依次由原来的红色变为橙色、黄色、绿色、青色和蓝色。 （3）将还原氧化石墨烯与结构色的水凝胶结合，构建一种具备盐度检测功能的PCs-rGO-PNiPAM复合膜。PCs-PNiPAM在不同盐度环境下会发生不同程度的收缩而表现出不同的结构色，因此可以通过观察水凝胶的颜色变化来检测溶液中的盐度。还原氧化石墨烯的加入能提高复合薄膜的拉伸性能和柔性，增加颜色变化的灵敏度和重复性。当水的盐度由0%增加到7%时，PCs-rGO-PNiPAM复合膜的结构颜色逐渐从深红色变为蓝色。以还原氧化石墨烯作为光热层，构建3D伞形太阳能蒸发器用于海水淡化，在一个标准太阳光照下，海水蒸发速率达到1.8kg?m-2?h-1。本研究还展示了PCs-rGO-PNiPAM复合膜可以用于海水淡化前后盐度的检测。
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