近日，我校材料科學(xué)與工程學(xué)院清潔能源材料與器件團(tuán)隊(duì)在國際知名學(xué)術(shù)期刊Nature communications發(fā)表了題為“Layered polymer-perovskite composite membranes for ultraflexible fatigue-tolerant optoelectronics”的研究論文，在線報道了新型超柔性半導(dǎo)體薄膜材料及其在探測器件應(yīng)用的研究進(jìn)展。

柔性電子設(shè)備具有輕便、可折疊、耐疲勞等特點(diǎn)，在醫(yī)療監(jiān)測、可穿戴設(shè)備、人機(jī)界面和環(huán)境傳感等多個領(lǐng)域中擁有廣闊應(yīng)用前景。目前，柔性半導(dǎo)體器件技術(shù)的發(fā)展受限于“機(jī)械柔性”與“光電性能”之間的矛盾：有機(jī)分子和聚合物材料表現(xiàn)出本征柔性，但其“跳躍”輸運(yùn)機(jī)制嚴(yán)重限制了器件性能；無機(jī)化合物擁有較高的電荷輸運(yùn)能力，但在應(yīng)力下表現(xiàn)出其機(jī)械脆性。

針對上述問題，研究團(tuán)隊(duì)提出周期性聚合物-鈣鈦礦有序薄膜材料的設(shè)計理念，利用循環(huán)噴涂工藝，并通過對有機(jī)-無機(jī)相分離過程的精準(zhǔn)調(diào)控，成功制備超柔性層狀復(fù)合自支撐膜材料。該復(fù)合膜材料展現(xiàn)出類似塑料的力學(xué)行為，即較低的楊氏模量（5.41 GPa）和極強(qiáng)的彎曲耐受性（彎曲半徑達(dá)0.5 mm），同時保留了鈣鈦礦面內(nèi)優(yōu)異載流子輸運(yùn)能力（遷移率壽命積達(dá)1.04×10?? cm2 V?1）。

圖1 華理研究團(tuán)隊(duì)提出的周期性聚合物-鈣鈦礦有序薄膜材料設(shè)計理念

進(jìn)一步，基于自支撐復(fù)合膜材料組裝的柔性X射線探測器展現(xiàn)出高達(dá)8380.80 mC Gyair-1 cm-2的探測靈敏度，其最低探測極限低至26.37 nGyair s-1，是醫(yī)學(xué)診斷所需的數(shù)百倍低。該柔性探測器突破傳統(tǒng)鈣鈦礦材料的固有脆性，其獨(dú)特的應(yīng)變釋放機(jī)制使其在極端形變條件下仍能保持優(yōu)異性能，從而實(shí)現(xiàn)在1.5 mm彎曲半徑下30000次循環(huán)彎折和2000次超細(xì)褶皺測試，其綜合性能指標(biāo)顯著優(yōu)于目前已報道的同類柔性輻射探測器。該研究成果為鈣鈦礦基光電器件在可穿戴設(shè)備、柔性顯示等創(chuàng)新應(yīng)用領(lǐng)域提供了更大的靈活性和可擴(kuò)展性。

該研究工作以華東理工大學(xué)為唯一通訊單位。我校材料科學(xué)與工程學(xué)院博士生李亞璐為本論文的第一作者，楊雙教授、楊化桂教授和侯宇教授為本論文的通訊作者。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、上海市基礎(chǔ)研究特區(qū)等項(xiàng)目的資助。

文章鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-60705-5