Karbonisierte Polymerpunkte verbessern die Stabilität und Flexibilität des Quasi-2D-Perowskit-Fotodetektors

Leistungsstarke Fotodetektoren mit hervorragender Erkennungsfähigkeit sind in unserem täglichen Leben weit verbreitet, wie z. B. fahrerlose Technologie, intraoperative navigierte Chirurgie, Gesichtserkennung, Fälschungsschutz und so weiter. Wir stehen jedoch immer noch vor Herausforderungen, da neue Anforderungen an zusätzliche Funktionen wie hervorragende Flexibilität ohne Empfindlichkeits-/Stabilitätsverlust gestellt werden. Daher werden neuartige lichtempfindliche Materialien oder multifunktionale Verbundstoffe benötigt, um der schnellen Technologieentwicklung gerecht zu werden.

In einem neuen Artikel, erschienen in Licht: Wissenschaft & Anwendungenein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Professor Haotong Wei vom State Key Laboratory of Supramolecular Structure and Materials, College of Chemistry, Jilin University, China, hat eine Methode zur Einführung von karbonisierten Polymerpunkten (CPDs) entwickelt, um die Leistung von Quasi-2D-Perowskit zu fördern basierte flexible Photodetektoren.

Durch die Steuerung der Morphologie der einzigartigen Kern-/Schale-Struktur der CPDs mit viskoelastischen Polymerketten verbesserten sie die flexible Stabilität von Perowskit-Fotodetektoren erheblich und zeigten keinen Verlust der Fotoreaktion nach 10.000 Biegungen. Darüber hinaus wurden die in den Korngrenzen von Perowskit verteilten Defekte durch den Koordinationseffekt zwischen den ungebundenen Pb-Atomen und den Carbonylgruppen in den Polymerketten der CPDs passiviert.

Die Geräte zeigten einen geringeren Dunkelstrom und lösten ein schwaches Licht auf, wobei die erkennbare Lichtintensität im Vergleich zur Anfangsleistung auf 1/50 sank. Das beschriebene Verfahren bietet einen wirtschaftlichen und verfügbaren Weg, um die Fotodetektionsleistung von flexiblen optoelektronischen Geräten zu steigern.

Die CPDs bestehen aus karbonisiertem kristallinem Kohlenstoff als Kernkern in der Mitte und sind von amorphen Polymerketten als Hüllen bedeckt. Die Größe des Kohlenstoffkerns kann leicht durch Modulation der Karbonisierungstemperatur und -zeit gesteuert werden, und die Polymerketten besitzen reichlich funktionelle Gruppen, was zu einstellbaren chemischen Oberflächeneigenschaften führt.

Daher gewährleistet die einzigartige Kern-Schale-Struktur von CPDs eine hervorragende Viskoelastizität und einstellbare optoelektronische Eigenschaften von CPDs. Darüber hinaus sind die Rohmaterialien von CPDs in der Natur reichlich vorhanden, und Syntheseprozesse sind ebenfalls einfach und kostengünstig. Basierend auf diesen Überlegungen schlugen diese Wissenschaftler vor, dass Perowskit/CPDs-Verbundstoffe eine hervorragende Photodetektionsleistung und Flexibilität aufweisen könnten:

„Wir haben eine Reihe von CPDs mit unterschiedlichen Morphologieeigenschaften hergestellt. Durch Änderung der Temperatur führt der angepasste Karbonisierungsprozess zu unterschiedlich langen Polymerketten auf den CPDs. Und da wir die Rohstoffe reguliert haben, würden diese CPDs reichlich und kontrollierbare funktionelle Gruppen tragen, die unseren Ansprüchen genügen“, schreiben die Forscher.

„Die unterschiedlichen Längen der CPDs bieten eine bequeme Möglichkeit, die Flexibilität der Geräte zu steuern. Die dehnbaren Polymerketten der CPDs würden als Anker an den Korngrenzen wirken und die Morphologie des Perowskits während des Verformungsprozesses stabiler machen. Darüber hinaus , bieten uns die reichlich verfügbaren Rohmaterialien der CPDs mehr Auswahlmöglichkeiten, um die Eigenschaften der CPDs einzustellen.Die verschiedenen funktionellen Gruppen, die die CPDs in den Polymerketten tragen, koordinieren mit den Pb-Atomen, um die Defekte an den Korngrenzen zu passivieren die funktionellen Gruppen bieten die CPDs einen Weg, um die optoelektronische Leistung der Geräte zu regulieren“, fügten sie hinzu.

„Unsere Methode trägt zu einem neuen Weg bei, um die Eigenschaften von optoelektronischen Materialien und Geräten anzupassen. Durch die Einführung dieser einfach herzustellenden CPDs kombinieren wir die Eigenschaften von CPDs und Perowskit-Materialien und erzielen Hochleistungs-Fotodetektoren mit großer Flexibilität und Stabilität.“ Unsere Arbeit würde flexible und faltbare optoelektronische Geräte inspirieren und fördern und ihre Entwicklung und Weiterentwicklung fördern.“