中科院-湖大Adv Mater:一种钙钛矿薄膜用于类视网膜视觉传感! 2024-08-07 05:15:53 超薄柔性光电器件是一种新型材料(如二维材料和钙钛矿材料),由于其轻量化、超柔韧性和保形接触的特点,在可穿戴设备、柔性机器人、医疗监测等领域得到越来越多的关注。特别是钙钛矿材料,由于其物理性能优异,薄膜合成制备简单,为制造超薄柔性光电器件开辟了新的方向。但是,由于钙钛矿材料不能应用于传统的光刻技术和极性液体进行剥离的方法,制作超薄柔性钙钛矿光电探测器(PD)阵列仍然是一个重大挑战。近日,中科院纳米能源所潘曹峰研究员团队和湖南大学潘安练教授团队联手,以稳定的全无机CsPbBr3钙钛矿薄膜为光敏材料,首次实现了CsPbBr3薄膜阵列像素位置精确、形貌可控、尺寸均匀的可控合成,相比于CH3NH3PbI3薄膜具有更高的稳定性。相关论文以题为“Ultrathin and Conformable Lead Halide Perovskite Photodetector Arrays for Potential Application in Retina-Like Vision Sensing”发表在Advanced Materials上。论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202006006 超薄柔性PD阵列的总体结构示意图如图1a所示。该器件由10个10个单独可寻址的像素组成,其中包含5层材料,其中一层parylene-C膜为基材,Au膜、SiO2膜、CsPbBr3膜和另一层parylene-C膜为封装层。图1b为单个像素的横截面示意图。衬底和封装层采用表面均匀致密的1.1 μm厚透明parylene-C膜,具有良好的耐水性和柔韧性(图1c)。定制电路分别由50 nm厚的Au膜和30 nm厚的SiO2膜组成,作为亲/疏水处理辅助层。随后,将CsPbBr3薄膜整齐地排列在电极上,每个尺寸为100×100 μm;扫描电子显微镜(SEM)图像如图1d所示。考虑到钙钛矿膜厚度的增加会增大变形时材料破坏的风险,器件中使用了150 nm厚的薄膜,成膜质量较好(图1e)。最后,整个设备再包覆一层parylene-C膜,可有效防止钙钛矿膜在剥离过程中被极性液体破坏。在确定了各层的厚度后,计算出超薄PD阵列的总厚度约为2.4 μm,这是已知的最薄、最灵活的钙钛矿型PD阵列。此外,设备的重量仅为3.12 g m-2,比标准A4纸(80 g m-2)轻25倍。 图1 超薄光电探测器阵列的结构表征。a,b)超薄器件的结构示意图和单个像素的横截面;c)超薄parylene-C膜的厚度;d)活性区域的SEM图像;e) CsPbBr3薄膜的厚度;f)剥离后的装置 (3.12 g m-2) 漂浮在NaCl溶液上;g) 超薄光电探测器阵列附着在手指上,形成的表面与指纹形貌相一致。h) 超薄光电探测器阵列在皮肤上被挤压。 图2。CsPbBr3阵列的合成工艺及表征。a) CsPbBr3膜阵列合成工艺示意图;b)生长在4英寸硅片上的CsPbBr3阵列的照片,插图:对应的SEM图像,比例尺:500μm;c)剥离CsPbBr3阵列(夹在两层超薄parylene-C层之间)插页:放大的CsPbBr3阵列照片,比例条:2毫米;d f)不同几何形状的CsPbBr3膜阵列,包括三角形、圆形和字母图案;g) CsPbBr3薄膜的x射线衍射谱;h) Cs、Pb、Br元素分布的EDS映射图像。 图3。光电性能与环境稳定性。a)在黑暗条件和入射光功率密度为0 ~ 10.37 mW cm-2的450nm光照条件下,测量器件的对数电流电压(I V)曲线;b)器件在5 V偏置电压和5.8 mW cm-2光照条件下的电流-时间(it)曲线;c)设备的响应时间和衰减时间;d)归一化光响应与输入信号频率的关系;e)光电流和光探测能力与光功率密度的关系;f)器件在不同波长下的响应情况;插图为对应的CsPbBr3薄膜的吸收光谱;g) 6周内夹在两层超薄parylene-C层之间的CsPbBr3薄膜阵列的XRD衍射峰;h)器件6周内(偏置电压为5 V,光照功率密度为5.8 mW cm-2)的电流-时间(it)曲线。为了评估PD阵列的光电性能,图3a给出了单个像素的I-V曲线。在5 V的偏压下,暗电流为2 × 10−10 A,在450 nm,10.37 mW cm−2光照下,光电流提升了三个数量级,达到5.8 × 10–7A。图3b给出了稳定性测试的I-T曲线,1500 s的循环测试中,性能保持稳定。 图4。超薄器件的机械稳定性表征。a)承受压缩应变的超薄PD阵列示意图;b) 50%压缩应变下器件的SEM截面图像;c)剥离前后,器件中的20个像素的输出电流统计;d)输出电流对不同压缩应变的相关性;e)器件在不压缩和不同压缩应变(偏置电压为5 V,光照功率密度为5.8 mW cm2)下的电流-时间(it)曲线。 图5。展示了超薄PD阵列的成像能力。a)具有良好机械鲁棒性的超薄PD阵列可以用于人工视觉传感;b)眼球模型;c)核桃形状的超薄PD阵列照片;d) 5v偏置电压下所有像素的暗电流统计;e)不同光照下10个像素(单线)的光电流;f h)用h型、n型和u型掩模叠合在半球形支撑上的PD阵列的光强分布成像结果。综上,本研究制备了CsPbBr3钙钛矿基PD阵列,具有超薄(2.4 μm),超轻重量(3.12 g m-2)和极好的柔性。采用真空辅助滴铸法制备了具有精确像素位置、形貌可控、尺寸均匀的全无机CsPbBr3钙钛矿薄膜,并且使用防水parylene-C膜作为基材和封装层,有效保护钙钛矿膜在剥离过程中不受极性液体的渗透。得益于封装性和超薄性能,该器件在环境中表现出长期稳定性,在弯曲或50%压缩应变下也具有强大的机械稳定性。更重要的是,符合半球形支撑的超薄柔性PD阵列实现了光分布成像,在类视网膜视觉传感方面具有潜在的应用前景。(文:David Chen) 赞 (0) 相关推荐 PbSO4(PbO)4量子点钝化钙钛矿/ITO导电玻璃-聚吡咯膜 牛血清蛋白BSA掺杂钙钛矿复合材料 PbSO4(PbO)4量子点钝化钙钛矿/ITO导电玻璃-聚吡咯膜 牛血清蛋白BSA掺杂钙钛矿复合材料 钙钛矿晶体中的缺陷以及水分/氧气渗透到钙钛矿层中是钙钛矿太阳能电池(PSC)实现长期稳定性和高效率 ... 定制-八面体形状PbX QD纳米颗粒/钙钛矿MAPbI3纳米片/低维钨酸铋基异质结构纳米材料 定制-八面体形状PbX QD纳米颗粒/钙钛矿MAPbI3纳米片/低维钨酸铋基异质结构纳米材料 PbX QD的大小也会影响其降解动力学.较小的PBX纳米颗粒通常具有八面体形状,其具有的高比率为面.随着点 ... MAPbI3钙钛矿薄膜/铁电体钙钛矿/一维TiO2NRs阵列半导体复合材料/Ni/Ba共掺杂铌酸钾-TiO2NRs(KBNNO@TiO2NRs) MAPbI3钙钛矿薄膜/铁电体钙钛矿/一维TiO2NRs阵列半导体复合材料/Ni/Ba共掺杂铌酸钾-TiO2NRs(KBNNO@TiO2NRs) 钙钛矿太阳电池需在连续光照.电场.水氧渗透等复杂条件下 ... 定制-硫族化物铅量子点/BNKTx薄膜 钛酸铋钠钾无铅铁电薄膜/钙钛矿铌酸钾纳米材料(KNbO3) 硫族酸铅是一种通用的半导体材料,就已用于光电设备中,较近又被用作第三代太阳能电池的组件. 由硫化铅,硒化物和碲化物(PbX:PbS,PbSe和PbTe)制成的QD具有使其特别可用作光伏光收集器的特性. ... 纤维素纳米晶体(CNCs)钙钛矿量子点(PQD)薄膜/半导体锡(iv)氧化物电纺纳米纤维(SnO2 NF)分散液 纤维素纳米晶体(CNCs)钙钛矿量子点(PQD)薄膜/半导体锡(iv)氧化物电纺纳米纤维(SnO2 NF)分散液 在该研究了一种利用纤维素纳米晶体(CNCs)制备新型钙钛矿量子点(PQD)薄膜的造纸工 ... Sn型有机金属卤化物钙钛矿薄膜/聚合物/钙钛矿太阳能电池/金属卤素钙钛矿发光材料 Sn型有机金属卤化物钙钛矿薄膜/聚合物/钙钛矿太阳能电池/金属卤素钙钛矿发光材料 利用扫描电子显微镜(SEM)观察PQD纸的表面形貌,可以发现缠绕的CNC结构(图1b).图1c使用透射电镜(TEM)观 ... 专业解读下一代柔性显示技术——QLED 在未来的电子产品中,所有的设备组件将被无线连接到作为信息输入和/或输出端口的显示器上.因此,消费者对下一代消费电子产品信息输入/输出功能的需求,导致了对柔性和可穿戴显示器的需求将会越来越大.在众多下一 ... 湖大《Adv Mater》:新方法制备双连续纳米多孔金属化合物库! 二维金属化合物由于其前景广阔的应用而引起了人们的极大兴趣,包括电子.传感器.催化剂和能量存储.将2D金属化合物引入3D体系结构中,还可以带来出色的性能,为定制2D材料提供了有力的策略,从而满足实际应用 ... 厦大《Adv Mater》:一种简便策略实现对初始库仑效率精确控制! 目前,发展高能量密度的锂离子电池正极材料是发展锂离子电池的迫切需要.在先进的正极材料方面,富锂锰基正极材料可作为下一代阴极候选材料,由于其增加了阴离子氧化还原反应,因此表现出较高的比容量.然而,低的初 ... 湖大-天大《Adv Mater》:通过异质结材料提高声动力疗法效率! 编辑推荐:本文提出了一个声动力疗法(SDT)效率受到深层组织缺氧环境限制的解决方案,其声热能力相较于之前的研究得到了提高.这项工作为通过超声界面工程的强声热疗治疗MRSA,提供了一种新的策略. 用于治 ... 中科院半导体所《Adv Mater》:新纪录!迄今最高效绿光PeLED 编辑推荐:为了减少和减轻钙钛矿材料中的非辐射复合缺陷,作者通过引入乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(ETPTA)钝化和/或抑制缺陷来有效地降低电荷俘获状态,实现了实现22.49%的最大外部量子效率(EQ ... 《Adv Mater》:一种低成本的安全可持续锂离子-氧气电池! 自可充电锂-离子电池实现了从实验室规模到商业市场的成功先例开始,近些年来各种新型能量存储设备迅速出现.对于当今最先进的锂离子电池,由于其固有的工作机制导致其在能量密度方面没有质的飞跃.因此,追求高能量 ... 香港大学《Adv Mater》:超300h!高稳定红光钙钛矿发光二极管 编辑推荐:红光钙钛矿发光二极管(PeLED)的工作稳定性一直面临着巨大的挑战.本文通过在合成β-CsPbI3纳米晶体(NCs)中掺入PMA制备了高稳定红光发射的NCs,并且实现了半衰期为317h的高稳 ... 华中科大《Adv Mater》:一种简易新型工艺改善锂金属阳极性能! 编辑推荐:本文报道了利用一种可扩展的流延方法制备一种PIL薄层,从而在碳酸酯电解液中得到空气稳定,无枝晶,高效的锂金属阳极.该方法将有利于推动低成本.安全和高性能的锂金属电池的大规模生产. 随着对先进 ... 《Adv Mater》:一种可用于快速净化饮用水的水凝胶材料! 长期以来,清洁的饮用水一直是国际社会所追求的目标.据报道,发展中国家每年有数百万人死于因饮用含有病原微生物的水而引起的疾病.全球人口增长和持续的流行病无疑加剧了安全用水的挑战.当前,无论是使用化学试剂 ... 《Adv Mater》:螳螂都可以背着走!一种新型微型电池设计 随着物联网技术的发展,越来越多的微型传感设备需要匹配体积相当的微型电池来供电.由于微型传感器对流散热的限制,其体积变化与L2成正相关,而微型电池的体积变化与L3成正相关,因此微型电池的可用能量随体积减 ...