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材料学院王金忠教授团队研究成果为大面积柔性电子器件研发提供新思路

2023/03/30 247

哈工大全媒体(容萍 文/图)近日,材料学院王金忠教授团队研究成果为大面积柔性电子器件的研发提供了新思路,研究成果以《用于柔性红外成像光电探测器的大面积自支撑Bi2S3纳米纤维膜》(Large-area freestanding Bi2S3 nanofibrous  membranes for fast photoresponse flexible IR imaging  photodetector)为题发表在《先进功能材料》(Advanced Functional  Materials)上。该研究报道了基于高柔性自支撑Bi2S3纳米纤维膜的红外成像探测器,其在柔性和可穿戴领域中具有极大的应用潜力。

柔性光电探测器因质量轻、可弯曲、可折叠及抗冲击性好等优势引起了极大关注。然而,目前大多数报道的柔性红外光电探测器都是通过在特定的柔性衬底上沉积或旋涂半导体材料来实现的,这严重限制了柔性光电器件的应用,特别是在可穿戴领域。因此,探索不依赖于特定柔性衬底的自支撑柔性半导体材料对于柔性和可穿戴器件的实际应用非常重要。

该研究团队在前期研究工作的基础上,通过简单的一步水热法成功制备了大面积自支撑Bi2S3纤维膜。这种由超长纳米线自组装形成的Bi2S3纤维膜具有极好的柔性和可塑性,其被任意弯曲或折叠后,Bi2S3纤维膜没有破损,该薄膜还可以被裁剪成任意形状。Bi2S3纤维膜在液体环境(去离子水、生活用水、生理盐水和乙醇)中连续浸泡一周后并未被破坏且仍显示出高柔性,这也表明了其在水下环境中也具有一定的应用潜力。基于自支撑Bi2S3纤维膜制备的柔性红外探测器在连续弯曲1000次后,Bi2S3探测器仍能对红外光表现出优异的探测能力。此外,当该探测器在空气中存储2个月或连续处于弯曲状态7天后,其稳定的光电流特性也表明了该器件优异的空气稳定性和柔性探测能力。无论在平坦状态还是弯曲状态下,Bi2S3探测器都具有高的响应度、快的响应速度、良好的稳定性和出色的成像能力。本研究解决了现有柔性器件高度依赖于衬底的问题,为下一代自支撑材料奠定了基础。

我校材料学院高世勇副教授和王金忠教授为论文共同通讯作者,博士生容萍为论文第一作者,矫淑杰副教授、博士研究生任帅和韩亚洁,哈尔滨师范大学物理与电子工程学院李林教授、张明义副教授、卢会清老师和博士研究生闫珺参与相关研究工作。

该研究得到国家重点研发项目、国家自然科学基金和黑龙江省自然科学基金的资助。

论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202300159

图a-b Bi2S3纤维膜的光学图片和SEM图

图c-e Bi2S3纤维膜光电探测器的柔性探测性能测试