研究背景
柔性光電探測器近年來因其在人工智能、醫學診斷和可穿戴設備等新興領域的潛在應用而受到廣泛關注。準二維鈣鈦礦材料具有優異的光電性能、良好的環境穩定性和機械柔性，是用于柔性光電探測器非常有前景的材料。在這些材料中實現表面形貌的精確控制對于提升器件性能至關重要。具有褶皺結構的光電材料展現出與完全平面狀態所不同的物理特性，褶皺結構導致了內在晶格結構的扭曲，是調節光電子性質的有效工具。此外，褶皺結構還能夠提升材料力學性能，包括彎曲、扭曲和拉伸性。因此，構筑具有褶皺結構的準二維鈣鈦礦用于柔性鈣鈦礦光電器件具有重要的科學研究意義和工程應用價值。
文章概述
北京交通大學于浩淼副教授課題組利用基底預應力的方式將有序的褶皺結構引入準二維鈣鈦礦薄膜中，并研究了其對鈣鈦礦光電性質的影響和在光電探測器中的應用。研究結果表明，這些有序的褶皺結構在薄膜形成過程中促進了晶粒的運動，使得較小的晶粒填充孔隙并圍繞較大的晶粒。這一過程導致薄膜更為致密，形成了均勻分布的二維-三維相結構，從而提高了鈣鈦礦薄膜中的電荷傳輸效率并延長了載流子壽命。因此，得到的柔性鈣鈦礦光電探測器的響應度顯著提高，達到了86.7 A/W，是未拉伸器件響應度的2.5倍。此外，褶皺結構增強了機械耐受性，使得光電探測器即使經過10,000次拉伸循環后仍能保持80%的初始響應度。這一發現突顯了褶皺結構在顯著提升柔性鈣鈦礦光電器件性能方面的潛力。
圖文導讀
圖1. (a) 通過預拉伸PDMS基底在鈣鈦礦表面構建褶皺結構的示意圖。(b) 不同預拉伸應力下制備的鈣鈦礦薄膜的XRD圖譜。(c) 對應(111)晶面的位置的XRD衍射峰。(d) 不同預拉伸應力下制備的準二維鈣鈦礦薄膜的GIWAXS譜圖。(e) 不同預拉伸應力下制備的準二維鈣鈦礦薄膜的SEM形貌。
圖2. (a) 不同預拉伸應力下鈣鈦礦薄膜的AFM表面形貌的二維視圖；(b) 三維視圖。(c) 從AFM圖像提取的高度剖面。
圖3. (a) 不同預拉伸應力下制備的準二維鈣鈦礦薄膜的UV-Vis吸收光譜；(b) TRPL光譜；(c) 正面PL光譜；(d) 背面PL光譜。
圖4. (a) 橫向準二維鈣鈦礦光電探測器的器件結構。不同預拉伸應力下鈣鈦礦光電探測器的I-V曲線：(b) 0%，(c) 5%，(d) 10%，(e) 15% 和 (f) 20% 預拉伸應力，在暗態及白光強度從1到100 mW cm?2范圍內的條件下。
圖5. (a) 光強度依賴的光電流，(b) 響應度，(c) 探測度，針對不同預拉伸應力下的橫向準二維鈣鈦礦光電探測器。(d) 在光強度為1.0 mW cm?2條件下的響應度和探測度。
圖6. 在不同拉伸應變下的PL光譜：(a) 未拉伸和(b) 10% 預拉伸薄膜。(c) 拉伸應變下的歸一化PL強度（PL/PL0）。(d) 在拉伸循環（最多10,000次）下，未預拉伸和10%預拉伸的柔性光電探測器的歸一化響應度（R/R0）隨拉伸循環次數的變化。
期刊簡介
Advanced Optical Materials是一個國際性的、跨學科的論壇，針對材料科學的同行評審論文，重點關注光-物質相互作用的各個方面。致力于光子學、等離子體、超材料等領域的突破性發現和基礎研究。
