"Arrugas" de grafeno: fotodetectores de grafeno elásticos que se pueden implantar en el cuerpo

El grafeno, un material bidimensional al rojo vivo, es en realidad una red hexagonal de átomos de carbono de una sola capa con absorción de banda ancha, alta movilidad de portadores y plasticidad. Es ampliamente utilizado en la investigación de fotodetectores. Sin embargo, debido a su baja tasa de absorción en las regiones visible e infrarroja cercana, ha obstaculizado el desarrollo de fotodetectores de grafeno de banda ancha. Por lo tanto, la investigación actual sobre fotodetectores de grafeno se centra principalmente en sistemas híbridos que mejoran la absorción de luz. Sin embargo, un sistema híbrido de este tipo es complejo de combinar, lo que reduce la movilidad del portador debido a interfaces heterogéneas o reduce el ancho de banda de detección debido a la dependencia del plasma o la resonancia óptica, lo que da como resultado un alcance de aplicación limitado y mayores costos de fabricación.

En el reciente "AdvancedMaterials", el profesor SungWooNam de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign informó sobre un nuevo fotodetector de grafeno elástico ajustado por tensión, y la estrategia de resolución de problemas es sutil. El detector se basa en grafeno tridimensional plisado, un material "arrugado" que mejora las señales de luz y se combina con cristales fotónicos coloidales (CPC) con selectividad de longitud de onda sintonizada en ambas longitudes de onda. Esta estructura tridimensional curvada aumenta en gran medida la densidad de área del grafeno, logrando una extinción de más de un orden de magnitud (12,5 veces) y un aumento de la respuesta fotoeléctrica del 400%. Además, aplicando una deformación del 200% al material, se obtiene una modulación de respuesta a la luz de aproximadamente el 100%. De este modo, se obtiene un filtro óptico ajustado por deformación y un fotodetector de grafeno elástico (Fotodetector de grafeno arrugado con fotoresponibilidad mejorada, sintonizable por deformación y selectiva por longitud de onda. Adv.Mater., 2016, DOI: 10.1002 / adma.201600482).

Los investigadores aplicaron pretensado a la matriz acrílica en la parte inferior del grafeno durante la síntesis para obtener una estructura de pliegues de grafeno tridimensional bajo la liberación de tensión, y su extinción fue 12,5 y 6,6 veces mayor que la del grafeno plano, respectivamente. Este método también es adecuado para otros materiales bidimensionales emergentes como el disulfuro de molibdeno (MoS2). Sobre esta base, los investigadores construyeron un dispositivo de detección fotoeléctrica de alto rendimiento combinando un canal de grafeno corrugado que produce fotocorriente y un contacto de oro corrugado que recolecta señales fotoeléctricas. La fotocorriente se mide en la conexión de dos partes mediante irradiación láser. Bajo diferentes tensiones de tracción uniaxiales (0% -200%), se controla el tiempo de apertura y cierre del láser, y se obtienen los datos de foto-respuesta dinámica del fotodetector elástico con velocidad de respuesta rápida, buena reproducibilidad y mejora de respuesta del 370%. .

Posteriormente, los investigadores reemplazaron el sustrato del detector con un polímero de silicio altamente biocompatible y altamente flexible y aplicaron el 11,1% de la tensión de flexión por tracción al modelo de cerebro humano y al modelo de corazón. Los resultados muestran que las curvas de corriente y voltaje (V) en la superficie y la superficie son similares y estables en miles de ciclos de tracción. Esto significa que este sistema de detección fotoeléctrica tiene un potencial de aplicación muy alto en el campo de la Biomedicina y Optoelectrónica de implantes.

Finalmente, los cristales fotónicos coloidales se incrustan en matrices flexibles y se utilizan como filtros ópticos de ajuste de deformación. El espectro UV-visible muestra que cuando la deformación es del 0% al 30%, el pico reflejado se desplaza hacia el azul y el color cambia entre naranja y verde, lo que hace que el fotodetector de grafeno elástico CPC integrado sea único para la longitud de onda de unión. selectividad y mejora de la respuesta fotoeléctrica. potencial.

En 2015, el equipo de investigación de Zhangguangyu del Instituto de Física de la Academia de Ciencias de China también informó sobre un sensor táctil basado en materiales de grafeno flexible (ACSNano, 2015, 9,1622-1629, DOI: 10.1021 / nn506341 U). La "piel electrónica" tiene una alta transparencia, sensibilidad, un tiempo de respuesta de una décima parte de la piel y puede soportar decenas de miles de pruebas de estrés.

Se cree que en la continua investigación en profundidad, el detector flexible de grafeno tendrá un valor práctico más alto en la salud militar y médica.

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