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