Графеновые «морщины»: эластичные графеновые фотодетекторы, которые можно вживлять в тело.

Графен, раскаленный двумерный материал, на самом деле представляет собой однослойную гексагональную решетку из атомов углерода с широкополосным поглощением, высокой подвижностью носителей и пластичностью. Он широко используется в исследованиях фотодетекторов. Однако из-за его низкой скорости поглощения в видимой и ближней инфракрасной областях, он препятствовал развитию графеновых широкополосных фотодетекторов. Поэтому текущие исследования графеновых фотодетекторов в основном сосредоточены на гибридных системах, которые увеличивают поглощение света. Однако такую гибридную систему сложно комбинировать, уменьшая подвижность несущих из-за неоднородных интерфейсов или сужая полосу обнаружения из-за зависимости от плазмы или оптического резонанса, что приводит к ограничению области применения и увеличению производственных затрат.

В недавнем выпуске «AdvancedMaterials» профессор Сунг Вунам из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне сообщил о новом упругом графеновом фотодетекторе с настраиваемой деформацией и тонкой стратегией решения проблем. Детектор основан на гофрированном трехмерном графене, «морщинистом» материале, который усиливает световые сигналы и сочетается с коллоидными фотонными кристаллами (CPC) с селективностью, регулируемой по длине волны. Эта изогнутая трехмерная структура значительно увеличивает поверхностную плотность графена, достигая экстинкции более чем на один порядок величины (в 12,5 раз) и увеличения фотоэлектрического отклика на 400%. Кроме того, при приложении к материалу деформации 200% достигается модуляция светового отклика около 100%. Таким образом, получены деформационно-настраиваемый оптический фильтр и упругий графеновый фотодетектор.

Исследователи применили предварительную деформацию к акриловой матрице в нижней части графена во время синтеза, чтобы получить трехмерную складчатую структуру графена при снятии деформации, и ее погасание было в 12,5 и 6,6 раз больше, чем у плоского графена, соответственно. Этот метод также подходит для других появляющихся двумерных материалов, таких как дисульфид молибдена (MoS2). На основе этого исследователи создали высокоэффективное фотоэлектрическое устройство обнаружения, объединив гофрированный графеновый канал, который производит фототок, и гофрированный золотой контакт, который собирает фотоэлектрические сигналы. Фототок измеряется при соединении двух частей с помощью лазерного излучения. При различных деформациях одноосного растяжения (0% -200%) время открытия и закрытия лазера контролируется, и получаются данные динамического фотоотклика эластичного фотодетектора с высокой скоростью отклика, хорошей воспроизводимостью и улучшением отклика на 370%. .

Впоследствии исследователи заменили подложку детектора на высокобиосовместимый, очень гибкий силиконовый полимер и приложили 11,1% напряжения изгиба при растяжении к модели человеческого мозга и модели сердца. Результаты показывают, что кривые тока и напряжения (V) на поверхности аналогичны и стабильны в тысячах циклов растяжения. Это означает, что эта фотоэлектрическая система обнаружения имеет очень высокий потенциал применения в области имплантологии, биомедицины и оптоэлектроники.

Наконец, коллоидные фотонные кристаллы встраиваются в гибкие матрицы и используются в качестве оптических фильтров для настройки деформации. УФ-видимый спектр показывает, что при деформации от 0% до 30% отраженный пик смещается в синий цвет, а цвет меняется с оранжевого на зеленый, что делает встроенный CPC-эластичный графеновый фотодетектор уникальным для длины волны связывания. селективность и усиление фотоэлектрического отклика. потенциал.

В 2015 году исследовательская группа Zhangguangyu из Института физики Китайской академии наук также сообщила о тактильном датчике на основе гибких графеновых материалов (ACSNano, 2015, 9,1622-1629, DOI: 10.1021 / nn506341 U). «Электронная кожа» обладает высокой прозрачностью, чувствительностью, временем отклика одной десятой кожи и выдерживает десятки тысяч стресс-тестов.

Считается, что при постоянных и углубленных исследованиях гибкий детектор графена будет иметь более важное практическое значение в военной и медицинской сферах.

Страница содержит содержимое машинного перевода.