【期刊导读】Nature Communications报道我校超柔性半导体薄膜材料研究新进展
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2026-01-23 13:19:54
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期刊导读

Journal Guide

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Layered polymer-perovskite composite membranes for ultraflexible fatigue-tolerantoptoelectronics

主要作者:李亚璐

文章来源:Nature Communications

摘要:

柔性集成钙钛矿材料已推动了从可穿戴探测器、便携式能源系统到可折叠显示器等多种应用的发展。然而,由于钙钛矿材料本征的脆性,机械应变不可避免地导致器件电子性能的退化与波动。本研究构建了一种周期性多层聚合物-钙钛矿复合膜,该膜展现出类塑料的力学行为,其杨氏模量较低(5.41 GPa),且具有优异的弯曲耐受性(弯曲半径低至0.5 mm),同时仍保持了钙钛矿优异的载流子传输能力(μτ乘积达1.04 × 10⁻⁴ cm² V⁻¹)。机理研究表明,膜内形成的双连续钙钛矿-聚酰亚胺结构分别承担载流子传输与应力传递功能,从而实现了相互矛盾的力学柔韧性与电子性能的统一。基于该薄膜构建的横向器件结构X射线探测器表现出高达8380.80 μC Gyₐᵢᵣ⁻¹ cm⁻²的灵敏度,并在1.5 mm弯曲半径下经受30,000次反复弯折循环后仍无明显性能衰减。

(信息以英文摘要为准)

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文章介绍:

柔性电子设备具有轻便、可折叠、耐疲劳等特点,在医疗监测、可穿戴设备、人机界面和环境传感等多个领域中拥有广阔应用前景。目前,柔性半导体器件技术的发展受限于“机械柔性”与“光电性能”之间的矛盾:有机分子和聚合物材料表现出本征柔性,但其“跳跃”输运机制严重限制了器件性能;无机化合物拥有较高的电荷输运能力,但在应力下表现出其机械脆性。

针对上述问题,研究团队提出周期性聚合物-钙钛矿有序薄膜材料的设计理念,利用循环喷涂工艺,并通过对有机-无机相分离过程的精准调控,成功制备超柔性层状复合自支撑膜材料。该复合膜材料展现出类似塑料的力学行为,即较低的杨氏模量(5.41 GPa)和极强的弯曲耐受性(弯曲半径达0.5 mm),同时保留了钙钛矿面内优异载流子输运能力(迁移率寿命积达1.04×10⁻⁴ cm² V⁻¹)。 进一步,基于自支撑复合膜材料组装的柔性X射线探测器展现出高达8380.80μC Gyair-1cm-2的探测灵敏度,其最低探测极限低至26.37 nGyairs-1,是医学诊断所需的数百倍低。该柔性探测器突破传统钙钛矿材料的固有脆性,其独特的应变释放机制使其在极端形变条件下仍能保持优异性能,从而实现在1.5 mm弯曲半径下30000次循环弯折和2000次超细褶皱测试,其综合性能指标显著优于目前已报道的同类柔性辐射探测器。该研究成果为钙钛矿基光电器件在可穿戴设备、柔性显示等创新应用领域提供了更大的灵活性和可扩展性。

该研究工作以华东理工大学为唯一通讯单位。我校材料科学与工程学院博士生李亚璐为本论文的第一作者,杨双教授、杨化桂教授和侯宇教授为本论文的通讯作者。研究工作得到国家自然科学基金、上海市基础研究特区等项目的资助。

期刊介绍

《自然-通讯》(Nature Communications)是由出版商Springer Nature在2010 年 4 月创刊,属于综合性期刊,致力于发表生物学、健康、物理学、化学、地球科学、社会科学、数学、应用科学和工程科学所有领域的高质量的研究。2023年发布的影响因子为14.7。

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信息来源:华东理工大学 新闻网

排版:杨幸子

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