基于全打印柔性光電探測(cè)器在大面積傳感應(yīng)用中的可行性

近期，英國(guó)薩里大學(xué)（University of Surrey）、斯旺西大學(xué)（Swansea University）的研究人員提出一種低成本、低復(fù)雜性、全打印的柔性光電探測(cè)器，通過(guò)簡(jiǎn)單且可擴(kuò)展的兩步制造工藝即可制備而成。該光電探測(cè)器可應(yīng)用于電子增強(qiáng)書籍系統(tǒng)，通過(guò)紙張上的光學(xué)孔徑自動(dòng)檢測(cè)環(huán)境光，并將信息傳輸?shù)接脩艚换ピO(shè)備。該技術(shù)展示了低成本材料和工藝制造在大面積傳感應(yīng)用中的可行性，并可作為相關(guān)多媒體設(shè)備的交互接口。該項(xiàng)研究成果已發(fā)表于Communications Engineering期刊。

本研究提出的柔性光電探測(cè)器原型的制備過(guò)程

如今，打印技術(shù)已廣泛應(yīng)用于柔性電子器件的制造中。然而，與傳統(tǒng)電子產(chǎn)品相比，由于打印設(shè)備的低性能和低制造均勻性，其在復(fù)雜控制和通信電路中的應(yīng)用仍然受到限制。因此，目前，傳統(tǒng)和新興電子或技術(shù)的混合集成是將打印器件的優(yōu)勢(shì)（如靈活性、適應(yīng)性、低成本、快速原型）和傳統(tǒng)電子的高性能、復(fù)雜功能相結(jié)合的最佳解決方案，以構(gòu)建滿足實(shí)際應(yīng)用的系統(tǒng)。

將混合集成轉(zhuǎn)向柔性和打印技術(shù)的一種有效方法是利用新材料和新工藝的特定優(yōu)勢(shì)，同時(shí)要確保其大部分局限性不會(huì)影響到實(shí)際應(yīng)用效果。值得一提的是，盡管仍存在一定的內(nèi)在性能或可變性限制，但整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以利用低成本方法實(shí)現(xiàn)，并且該方法有望極大地拓寬此類新興技術(shù)的可行應(yīng)用范圍。

該項(xiàng)工作中，研究人員提出一種針對(duì)特定應(yīng)用的全打印光電探測(cè)器，其設(shè)計(jì)用于通過(guò)紙張上的光學(xué)孔徑檢測(cè)環(huán)境光，以檢測(cè)增強(qiáng)書籍的打開(kāi)頁(yè)面。該光電探測(cè)器采用兩個(gè)簡(jiǎn)單的步驟制備而成。鑒于有機(jī)半導(dǎo)體固有的靈活性和與溶液處理的兼容性，研究人員將PCDTBT：PCBM有機(jī)半導(dǎo)體混合物沉積在用于氧化物半導(dǎo)體器件的共面叉指電極頂部，進(jìn)而在玻璃和柔性聚酰亞胺襯底上制造出光電探測(cè)器。

該光電探測(cè)器非常靈活，可以輕松集成于用戶交互設(shè)備。據(jù)研究報(bào)道，這是在人機(jī)交互（HCI）領(lǐng)域內(nèi)首次演示的允許人們通過(guò)物理對(duì)象與數(shù)字世界進(jìn)行交互的系統(tǒng)，該系統(tǒng)無(wú)需復(fù)雜的處理步驟，也不依賴于傳統(tǒng)傳感器的混合集成即可實(shí)現(xiàn)傳感。

利用增強(qiáng)書籍和魔術(shù)書簽（Magic Bookmark）作為參考應(yīng)用，研究人員對(duì)該光電探測(cè)器設(shè)定了一系列關(guān)鍵參數(shù)要求，包括彎曲可靠性、制造可擴(kuò)展性和可見(jiàn)光譜吸收特性。研究表明，在偏置電壓開(kāi)/關(guān)比為20.9時(shí)，該光電探測(cè)器能夠使用典型微控制器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（基于ATmega328 MCU）檢測(cè)環(huán)境光的存在，此外，它可以承受超過(guò)100次1 mm半徑的彎曲循環(huán)，且檢測(cè)能力不會(huì)受到影響。

增強(qiáng)紙張（augmented paper）生態(tài)系統(tǒng)和測(cè)試條件

柔性光電探測(cè)器在玻璃上的電學(xué)表征

柔性光電探測(cè)器的彎曲性能

柔性光電探測(cè)器的實(shí)際電氣性能

總而言之，研究人員成功地設(shè)計(jì)、制造和表征了一款完全可打印的柔性光電探測(cè)器，并針對(duì)實(shí)際用戶交互要求對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化。研究結(jié)果表明，該光電探測(cè)器可作為一種適用于環(huán)境光傳感器陣列（例如魔術(shù)書簽所需的傳感器陣列）的有效解決方案。

此外，該研究方法還表明了在嚴(yán)格考量功能器件優(yōu)缺點(diǎn)的前提下，即使是極其簡(jiǎn)單的制造技術(shù)和性能相對(duì)較低的材料也可以在大面積柔性電子應(yīng)用中得到有效利用。

審核編輯：郭婷