近日，东南大学化学化工学院管英士教授课题组取得重要突破，成功研制出一种兼具高导电性、优异机械拉伸性和良好透明度的橡胶态可拉伸透明导体（RSTC），并基于该材料构建了可拉伸垂直结构光电探测器（RSVPD）。该器件不仅实现了紫外至近红外光的宽带光响应，还能在50%的应变下保持稳定性能，为可穿戴健康监测、柔性成像等应用提供了极具潜力的解决方案。相关研究成果以“Broadband-Responsive Rubbery Stretchable Vertical-Structured Photodetectors Based on Rubbery Stretchable Transparent Conductors”为题发表在ACS Nano。论文第一作者为团队博士生狐竣梅，研究得到了国家自然科学基金、东南大学引进人才科研启动基金等项目的资助。
研究团队通过创新设计，利用聚苯乙烯微球单层作为掩模版，成功制备出一种具有独特微孔结构的橡胶态可拉伸透明导体（RSTC）（图1）。该导体由导电聚合物PEDOT:PSS、离子液体和弹性体PDMS复合而成，微孔结构的引入不仅显著提升了材料的机械拉伸性和透明度，还保持了其高导电性。实验表明，RSTC在可见光范围内的透光率超过90%，并且具有优异的导电性能。接着，基于RSTC这一新材料，团队开发了可拉伸垂直结构的光电探测器（RSVPD）（图2）。该探测器采用弹性异质结薄膜作为光活性层，不仅实现了从紫外到近红外的宽带光响应，还实现了1010 Jones数量级的比探测率（D*）。即使在50%的应变下，RSVPD仍能保持稳定的光电性能，展现出卓越的机械适应性。
为充分验证RSVPD器件的实用性能，研究团队开展了系统性的应用验证研究。首先，团队构建了5×5可拉伸光电探测器阵列用于柔性成像，实验结果表明该阵列在30%拉伸应变条件下仍能保持稳定的成像性能（图3）。进一步地，研究团队通过将传感器贴合于手指，开发了一种基于RSVPD的光电容积描记（PPG）传感器，用于实时监测人体心率。该传感器成功实现了静息状态和运动状态下的心率监测（图4）。这项研究首次将高拉伸性、高透明度的橡胶导体与垂直结构光电探测器相结合，突破了传统柔性光电探测器的性能限制。通过微孔结构设计和材料优化，团队不仅解决了可拉伸透明电极的难题，还为全橡胶电子器件的发展提供了新思路。未来，这一技术有望在柔性光学传感、成像系统和医疗监护设备中实现更广泛的应用。
图1 橡胶态可拉伸透明导体制备
图2 橡胶态可拉伸垂直结构的光电探测器制备与光电性能表征
图3 橡胶态可拉伸光电探测器阵列
图4 基于RSVPD的光电容积描记（PPG）传感器
原文链接：
https://doi.org/10.1021/acsnano.5c01015
