グラフェンの「しわ」：体内に埋め込むことができる弾性グラフェン光検出器

真っ赤な二次元材料であるグラフェンは、実際には、広帯域吸収、高いキャリア移動度、および可塑性を備えた単層炭素原子六方格子です。光検出器の研究に広く使用されています。しかし、可視および近赤外領域での吸収率が低いため、グラフェン広帯域光検出器の開発を妨げてきました。したがって、グラフェン光検出器に関する現在の研究は、主に光吸収を強化するハイブリッドシステムに焦点を合わせています。しかしながら、そのようなハイブリッドシステムは組み合わせるのが複雑であり、不均一なインターフェースのためにキャリア移動度を低下させ、またはプラズマまたは光共鳴への依存のために検出帯域幅を狭め、その結果、適用範囲が制限され、製造コストが増加する。

最近の「AdvancedMaterials」で、イリノイ大学アーバナシャンペーン校のSungWooNam教授は、新しいひずみ調整弾性グラフェン光検出器を報告しました。問題解決戦略は微妙です。検出器は、光信号を増強し、波長調整された波長選択性の両方を備えたコロイドフォトニック結晶（CPC）と組み合わせる「しわ」材料であるプリーツ3次元グラフェンに基づいています。この湾曲した3次元構造により、グラフェンの面密度が大幅に増加し、1桁以上（12.5倍）の吸光度と400％の光電応答の増加が達成されます。さらに、材料に200％のひずみを加えることにより、約100％の光応答変調が得られます。このようにして、ひずみ調整された光学フィルターと弾性グラフェン光検出器が得られます（強化された、ひずみ調整可能な、および波長選択的光応答性を備えたクランプされたグラフェン光検出器。

研究者らは、合成中にグラフェンの下部にあるアクリルマトリックスに予ひずみを加えて、ひずみが解放された状態で3次元のグラフェンの折り畳み構造を取得しました。その消光は、平坦なグラフェンのそれぞれ12.5倍と6.6倍でした。この方法は、二硫化モリブデン（MoS2）などの他の新しい2次元材料にも適しています。これに基づいて、研究者らは、光電流を生成する波形グラフェンチャネルと光電信号を収集する波形金接点を組み合わせることにより、高性能の光電検出デバイスを構築しました。光電流は、レーザー照射によって2つの部分の接続部で測定されます。異なる一軸引張ひずみ（0％-200％）の下で、レーザーの開閉時間が制御され、高速応答速度、良好な再現性、および370％の応答向上を備えた弾性光検出器の動的光応答データが得られます。 。

その後、研究者らは、検出器の基板を生体適合性が高く、柔軟性の高いシリコンポリマーに置き換え、11.1％の引張曲げひずみを人間の脳モデルと心臓モデルに適用しました。結果は、表面と表面の電流と電圧（V）曲線が類似しており、数千回の引張サイクルで安定していることを示しています。これは、この光電検出システムが、インプラントの生物医学およびオプトエレクトロニクスの分野で非常に高い応用可能性を持っていることを意味します。

最後に、コロイドフォトニック結晶は柔軟なマトリックスに埋め込まれ、ひずみ調整光学フィルターとして使用されます。 UV-可視スペクトルは、ひずみが0％から30％の場合、反射ピークが青方偏移し、色がオレンジと緑の間で変化することを示しています。これにより、統合されたCPC弾性グラフェン光検出器が結合波長に固有になります。選択性と増強光電応答。潜在的な。

2015年、中国科学院の物理学研究所の張光玉酒楼研究チームは、柔軟なグラフェン材料に基づく触覚センサーについても報告しました（ACSNano、2015、9,1622-1629、DOI：10.1021 / nn506341U）。 「電子皮膚」は、皮膚の10分の1の高い透明性、感度、応答時間を持ち、何万ものストレステストに耐えることができます。

継続的な詳細な研究において、グラフェンフレキシブル検出器は、軍事および医療の健康においてより高い実用的価値を発揮すると考えられています。

このページには、機械翻訳の内容が含まれています。