天津大学刘晶:大面积光电检测的二维材料增强柔

【科研摘要】

柔性光电探测器是开发柔性/可穿戴系统的基本要素，可广泛用于现场健康和环境监测，人机交互，柔性显示等。但是，在严重的机械变形和/或严重影响下，性能下降甚至出现故障损坏仍然是当前柔性光电探测器面临的主要挑战。

最近，天津大学刘晶副教授团队开发了一种具有强大的自愈能力和在大变形下性能稳定的柔性光电探测器。该光电探测器由2D材料自修复膜制成，是将2D材料与基于咪唑鎓的降冰片烯与离子液体和抗衡离子聚合而成的自修复聚合物均匀混合而成。与纯自修复膜相比，二维材料自修复膜显示出增强的光吸收，因此具有良好的光响应。所获得的光响应保持稳定，甚至在150%以内的小拉伸应变下甚至会增加，而在高达1000%的大拉伸应变下会稍微降低。此外，光电探测器不仅可以从重复的机械切割中完全恢复，而且还可以在环境条件下(在500天之内)具有出色的长期稳定性，而不会表现出任何明显的性能下降。此外，大面积二维材料自愈光电检测阵列的像素尺寸可调，可以成功识别“ T”，“ J”和“ U”的图案。相关论文以题为TwoDimensional MaterialEnhanced Flexible and SelfHealable Photodetector for LargeArea Photodetection发表在《Advanced Functional Materials》上。

【主图】

图1 二维材料自修复膜的制造过程和表征。

图2 二维材料自修复光电探测器的光响应特性。

图3 石墨烯自修复光电探测器的自修复特性和长期稳定性。

图4 应变对0.5 wt%石墨烯自修复光电探测器的光响应的影响。

图5 石墨烯自修复光电探测器阵列的大面积光电检测和特殊模式识别。

【总结】

通过将液体剥离的2D材料分散在自修复的聚合物基体中，团队开发了具有强大的自修复能力和在较大的机械变形下具有稳定的光响应的自修复光电检测膜。石墨烯和BP的二维材料可以有效提高波长在500至1450 nm范围内的自愈聚合物的光吸收率。结果，由0.5 wt%石墨烯和0.5 wt%BP自愈膜制成的光电探测器在可见光和近红外光照射下均显示出显着的光电流，比检测率和光响应率达到D*G = 0.33×109 Jones和石墨烯自修复光电探测器的RG=6.19 mA W-1，而BP自修复光电探测器的D*BP = 0.13×109 Jones和RBP=144 A W-1。此外，0.5 wt%的石墨烯光电探测器具有出色的自修复能力和长期稳定性，可以在30个切割和修复循环以及在环境条件下存储500天后完全恢复光学响应。它还显示出在150%变形内增强的光响应以及在1000%拉伸应变下稳定的动态光响应。此外，还展示了0.5 wt%的石墨烯自修复膜具有大面积光电检测和图案识别的功能，可以在各种应用环境中将其定制为任何形状和大小。

【导师简介】

个人经历或学术经历

2006年6月 华中科技大学 光信息科学与技术 学士

2008年6月 华中科技大学 光电信息工程 硕士

2012年12月 美国密西根大学 生物医学工程系，无线集成微系统工程研究中心，博士

2013年11月 美国密西根大学 生物医学工程系，无线集成微系统工程研究中心)，博士后

2013年11月至今 天津大学 精仪学院 副教授

研究方向

主要研究方向包括光学微腔物理和器件，微流控系统理论和设计，以及它们在环境监测、质量监控和临床医疗等领域的应用。

参考文献:

doi.org/10.1002/adfm.

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文章来源：《功能材料与器件学报》 网址: http://www.gnclyqjxb.cn/zonghexinwen/2021/0401/643.html