基于准固态电解质的便携式波长分辨型光电化学光探测器及其应用
发布时间：2022-02-25浏览次数：19
负责人：孙海定
参与人员：李上宾，刘伟杰，方师，汪丹浩，刘鑫，康阳
起止年限：2022-2024
项目概述：
光电传感技术在现代信息接收和传输过程中扮演着极其重要的角色，是我们感知光信号的最重要“窗口”，无论在工业自动化、军事国防、航空航天等尖端领域，还是到与人们生活密切相关的生物工程、医疗卫生、环境保护、安全防范、家用电器等领域，都有着巨大需求和广泛应用前景。同时，为了满足日益增长的智能化光电传感系统的需求，光探测器也必须向多元化、便携式、微型化和节能型的方向发展。然而，传统的固态探测器大多需要外部电源驱动，整体功能性单一，且只能形成光电流单向传输，已经无法满足现代信息化社会中对探测器的复杂信息接收和处理的应用需求。与之对应，光电化学型光探测器除了具备自供能特征外，其工作原理巧妙的将半导体物理过程和化学过程相结合，能多维度调控光电流信号（即输出电流有“正号”，“负号”和“零”）的能力。但是，目前使用的光电化学型光探测器往往使用液体电解质，器件的安全性、稳定性、可便携性以及复杂环境适应性等方面均受到极大挑战，特别是限制了其微缩化能力，大大限制了其实际应用和规模化推广。
本课题充分利用半导体材料与电解质界面间的能带弯曲及伴生光电化学反应的特点，通过半导体纳米线的可控生长（包括形貌、掺杂、组分和能带设计）、光电极的精准表面修饰和与之相接触的准固态电解质环境的调控，深入探索并理解准固态电解质中的载流子产生、分离、传输等核心物理和化学反应过程，实现在准固态电解质中的输出光电流信号多维调制，使得探测器在不同波段入射光的照射下表现出不同的电流极性（输出电流展示出“正号”，“负号”和“零”三种状态），即实现波长可分辨的多元化探测功能，并最终从材料生长、器件设计及表面修饰、电解质配比及优化等关键问题入手，提升单个器件光电流、光响应度和灵敏度。进一步，拟使用准固态电解质替换传统光电化学光探测器中的液体电解质，提高器件的安全性和稳定性，为器件的实用化提供必要条件。此外，充分利用微型电化学传感器和无线数据通信技术，进一步增强探测器和后端数据采集和分析系统的便携性、移动性和灵活性。最后，通过探测器内部的结构优化，缩小器件尺寸（缩小单个器件尺寸至1×1 mm2），或利用异质衬底转移技术制备纳米线阵列，进行微型化和集成化封装（进一步将单个器件尺寸缩小到几十μm级），以实现基于准固态电解质的便携式波长分辨型光电化学光探测器，应用于未来多功能光电智能传感等应用中。