吉林大学夏虹教授课题组《ACS AMI》：制备出一种高变形、良好稳定性的纸基钙钛矿柔性光电探测器

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近年来，基于有机无机钙钛矿材料的光电探测器得以迅速的发展，并广泛地应用到成像，光通信以及生物传感等领域中。重要的是，由于钙钛矿材料具有极好的柔性，许多工作致力于用它来制备高性能的柔性光电探测器，并取得了巨大的进展。然而，目前基于钙钛矿材料的柔性光电探测器件，大多都是利用钙钛矿材料与柔性塑料衬底相结合的方式来制备柔性器件。由于目前电子产品的高速更新换代，这些难以生物降解的并且难以回收利用塑料会导致许多其他问题，例如垃圾填埋，自然资源消耗以及环境污染等问题。另外，由于这些柔性塑料与活性材料的粘附力比较差，活性材料不能牢固地附着在其上面，从而导致器件性能不稳定。这些缺点制约了钙钛矿光电探测器的应用。于是，寻找一种可生物降解，可回收利用，低成本，吸附力强的柔性衬底对于钙钛矿光电探测器的广泛应用十分关键。

吉林大学夏虹教授课题组在《ACS Applied Materials & Interfaces》杂志发表了题为“Highly Deformable High-Performance Paper-Based Perovskite Photodetector with Improved Stability”的文章（DOI: 10.1021/acsami.1c05828）。该工作选择日常生活中常见的纸张作为衬底制备了一种可变形的钙钛矿光电探测器。由于纸张中纤维的相互连接形成的微纳米空洞对于钙钛矿晶体具有非常好的吸附性，以纸张为衬底的钙钛矿光电探测器具有很好的机械柔性，在多次弯曲后仍具有非常好的性能。此外，该工作通过疏水硅烷分子层来保护纸张上的钙钛矿晶体，减少了微纳孔结构对空气中水的吸附，从而提高了纸张上钙钛矿晶体的稳定性。该工作为基于钙钛矿的柔性光电探测器的制备提供了新思路。

图1 纸基钙钛矿光电探测器的制备过程

图2 a-c）加入0、10和40μL钙钛矿前体溶液的纸张的SEM图像。钙钛矿晶体被吸附并填充在纸的微/纳米孔隙中。 e-h）过氧化物纸的EDS图谱。Pb和Br的原子比为1.48:4.39≈1:3。

图3 纸基钙钛矿光电探测器在不同弯曲角度下的性能以及作为可穿戴器件时的性能。a) 弯曲状态下器件的示意图； b) 在2.06μW功率的照明下，不同弯曲角度的器件的I-V曲线； c) 不同弯曲角度时器件的光电流； d) 1V偏压和2.06μW输入功率时，不同弯曲角度的器件的响应性；e-h) 连接在手指关节上的器件在不同弯曲程度的I-t曲线。

图4 对纸基钙钛矿光电探测器进行疏水硅烷分子保护，减小纸衬底对空气中水分的吸附作用，从而提高器件的稳定性。图a) 对滤纸进行FOTS处理以提高纸质器件的防潮性的示意图。b) 水在器件表面的接触角。c) 经处理的纸和未处理的纸的FTIR光谱。d) 经处理的纸在60%的相对湿度环境中放置一天后的XRD。e) 两个经处理和未处理的器件在60%的相对湿度环境中放置120h后的光电流变化。

原文链接

https://doi.org/10.1021/acsami.1c05828

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