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中科院化學(xué)所郭云龍研究員等《Nat. Commun.》:一種基于空間納米限域N型聚合物半導(dǎo)體的可拉伸超靈敏X射線探測器
2022-11-27  來源:高分子科技

  近年來,對便攜式和可植入式醫(yī)療監(jiān)測設(shè)備日益增加的需求推動了下一代平板探測器的發(fā)展。超柔性、高皮膚共形性和優(yōu)異空間分辨率、高靈敏的X射線探測器易于與彎曲物體、運動實體和內(nèi)部生理系統(tǒng)集成,使人類生活更加便利和安全。盡管傳統(tǒng)無機半導(dǎo)體(如無定形硅、硒等)和新開發(fā)的材料(如鈣鈦礦等)具有高的X光靈敏度,但上述材料難以實現(xiàn)類皮膚探測器件。因此,開發(fā)本征柔性和高靈敏的光電材料用于類皮膚X射線探測器具有重要意義。


  聚合物具有可調(diào)節(jié)的分子結(jié)構(gòu)、本征柔性、可溶液法加工和低成本等優(yōu)勢,已廣泛用于制備柔性和可拉伸電子設(shè)備。然而,僅有少數(shù)p型可拉伸共軛聚合物被報道,如聚(3-己基噻吩)(P3HT)和吡咯并吡咯二酮(DPP)類聚合物半導(dǎo)體。目前可拉伸n型聚合物光電材料仍面臨著諸多挑戰(zhàn),包括拉伸性和電子傳輸效率的平衡,穩(wěn)定性的提高以及光輻射下靈敏度和響應(yīng)速度的提升。


  有鑒于此,近日,中國科學(xué)院化學(xué)研究所郭云龍研究員報道了一種基于空間納米限域N型聚合物半導(dǎo)體的可拉伸超靈敏X射線探測器。通過將非氯溶劑加工的共軛聚合物FIID-CF3TVT與彈性體SEBS共混并采用偏心旋涂 (OCSC)方法制備了具有高取向的納米纖維結(jié)構(gòu)和密集的互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)的空間納米限域雜化半導(dǎo)體薄膜,顯著提高了n型聚合物半導(dǎo)體的電子傳輸效率和穩(wěn)定性,從而實現(xiàn)了對X射線高靈敏探測。所制備的可拉伸n型雜化聚合物半導(dǎo)體表現(xiàn)出超高的X射線探測靈敏1.52 × 104μC Gyair-1 cm-2,是報道的X射線探測器最高值之一),超低檢測限(37.7 nGyair s-1,與目前報道的CH3NH3PbBr3-xClx鈣鈦礦單晶的記錄值相媲美),以及優(yōu)異的機械穩(wěn)定性(>25%應(yīng)變下拉伸循環(huán)1000次)。此外,他們首次實現(xiàn)了在3.65 μGy s-1 低劑量下(約為商業(yè)醫(yī)用胸片X射線診斷劑量的1/12)基于聚合物的X射線成像,這將為開發(fā)高性能和低成本成像系統(tǒng)提供借鑒。文章以Spatially nanoconfined N-type polymer semiconductors for stretchable ultrasensitive X-ray detection為題發(fā)表在期刊Nature Communication上。該論文第一作者為博士研究生邊洋爽,共同第一作者為劉凱博士,通訊作者為郭云龍研究員。該研究工作得到了中國科學(xué)院化學(xué)研究所劉云圻院士、上海大學(xué)李喜峰教授和深圳技術(shù)大學(xué)李佳教授等的大力支持以及受到科技部、基金委、中科院、北京魏橋國科等項目的資助。


1.偏心旋涂方法(OCSC)制備具有高度排列互穿聚合物纖維網(wǎng)絡(luò)空間納米限域聚合物薄膜。



2. 基于OCSC n雜化聚合物半導(dǎo)體薄膜制的本征可拉伸晶體管性能。


3. 基于空間納米限域n型半導(dǎo)體薄膜制的本征可拉伸X射線探測器性能

4.本征可拉伸n型半導(dǎo)體薄膜的X射線成像。


  本文展示了一種本征可拉伸n型雜化聚合物半導(dǎo)體的調(diào)控方法,并實現(xiàn)了類皮膚的超靈敏X射線探測?臻g納米限域效應(yīng)和高度排列的聚合物納米纖維網(wǎng)絡(luò)共同電子傳輸效率、機械穩(wěn)定性和光電性能。這為合理預(yù)測和設(shè)計新型聚合物半導(dǎo)體體系提供了基礎(chǔ),證明了聚合物在可穿戴和植入式監(jiān)測設(shè)備中的巨大應(yīng)用潛力。


  文獻信息

  Spatially nanoconfined N-type polymer semiconductors for stretchable ultrasensitive X-ray detection. Nat. Commun. 13, 7163 (2022).

  文獻鏈接:https://www.nature.com/articles/s41467-022-34968-1


  下載:Spatially nanoconfined N-type polymer semiconductors for stretchable ultrasensitive X-ray detection

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