Nano Research综述:新材料在柔性光电子领域的开发及应用

【引言】
光电器件可分为光子接收器件（例如光电探测器（PD））、发光器件（例如激光二极管、发光二极管（LED））、光伏器件（例如太阳能电池）和光通信器件（例如光耦合器、电光调制器）。在过去的几十年里，在刚性衬底上提高光电器件的性能方面已经取得了巨大的进展，这使高性能相机、显示器和能源采集器件等各种应用成为可能。同时，众多的研究者也已经在弯曲图像传感器、可穿戴显示器、生物集成光电子学和柔性半导体激光器等柔性光电子学方面取得了重大进展。然而，光电子学材料具有机械刚性和脆性，以及不易兼容伸缩器件的特点。近年来，人们已经努力克服了传统不可伸缩光电子器件的限制，特别是它们在弯曲、折叠和拉伸变形条件下的机械稳定性差等问题。研究表明，能够使光电器件机械变形的主要方法是，使用本身具有柔性/拉伸的功能纳米材料或有机材料取代传统的电子/光电材料。此外，先进的器件设计和非常规的制造方法也有助于柔性光电器件的发展。
近日，韩国基础科学研究所Dae-Hyeong Kim教授（通讯作者）综述了为柔性光电器件（如可伸缩的PDs和LEDs）开发的纳米/微尺度材料和有机/聚合物材料，以及这些材料在新型光电系统中的应用。首先，作者回顾各种适合开发可伸缩光电探测器的材料，如纳米材料、有机材料及其混合材料，以及相应器件的性能。然后，描述了适用于可伸缩发光二极管的纳米材料和有机/聚合物材料。最后，综述了在柔性和可伸缩光电探测器和发光二极管中，具有代表性的系统级应用，并讨论了未来的应用前景，如可伸缩的生物集成光学传感器和光遗传刺激器。并且总结了目前最先进的新材料、器件设计和光电子学的非常规制造方法，同时讨论了剩余的有待克服的挑战。相关研究成果以“Materials and devices for flexible and stretchable photodetectors and light-emitting diodes”为题发表在Nano Research上。
【图文导读】
图一、柔性/可伸缩光电探测器和发光二极管中各种纳米材料和有机材料的示意图

本文插图
图二、柔性光电新材料、先进器件设计和非常规制造方法的示意图

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图三、基于纳米级光检测材料的柔性PDs

本文插图
（a）基于Ag2Se纳米颗粒的NIR PD；
（b）基于单晶硅纳米材料的PTRs；
（c）带喷墨印刷的透明MoS2喷墨打印机；