新型透明柔性自驱动光电探测器的设计、性能优化和相关物理机制研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51872050
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0207.无机非金属半导体与信息功能材料
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

With the rapid development of science and technology, people are constantly pursuing portable, entertaining, healthy and transparent wearable electronic devices, which prompt the further development of transparent and flexible self-powered photodetectors toward high performance, low cost and large area manufacturing. Transparent conductive oxide (TCO) typified by indium tin oxide (ITO) is the most widely used transparent conductive material currently. However, TCO is mostly brittle and easy to break on a flexible substrate. Although conductive polymers have cost advantages, low stability in the air, especially in photodetector light illumination conditions. This project intends to develop a new type of transparent flexible self-powered photodetector based on novel functional materials using transparent and flexible metal nanowires with high specific surface area. It is proposed to adjust the work function by tuning the composition of the metal nanowires, regulating the characteristic wavelength and the characteristic absorption intensity of the LSPR effect of the metal nanowire, novel design of the metal-semiconductor core-shell structure and the three-dimensional metal-semiconductor network core-shell structure. The relationship between the photodetector performances and the structure, size, aspect ratio, composition, surface state and linear density of several metal nanowires and the structure and style of the photodetectors will be investigated in detail. By combining the theoretical simulation, the internal physical mechanism is clarified to realize the high-performance transparent and flexible self-powered photodetectors.
随着科学技术日新月异的发展,人们对便携化、健康化且透明的可穿戴式电子设备不断追求,促使其相应的透明柔性自驱动光电探测器向着高性能、低成本、大面积制造等方向发展。以氧化铟锡(ITO)为代表的透明导电氧化物(TCO)是目前应用最广泛的透明导电材料,然而TCO大多质脆,易在柔性基板上断裂,导电聚合物虽具有成本优势,但其在空气中稳定性较低,尤其在光电探测器工作的光照条件下。本项目拟利用透明柔性、高比表面积的金属纳米线开发新型透明柔性自驱动光电探测器,拟通过改变金属纳米线表面成分调节功函数大小、调控金属纳米线LSPR效应的特征波长和特征吸收强度、设计生长金属-半导体核壳结构和三维金属-半导体网状核壳结构等策略,深入系统研究探测器性能和金属纳米线的结构形貌、尺寸、长径比、表面成分、表面态和线密度、探测器的构成结构等的内在构效关系,结合理论模拟,阐明内在物理机制,实现高性能的透明柔性自驱动光电探测器。

结项摘要

该项目紧紧围绕课题研究的总目标,在透明柔性自驱动光电探测器的设计、性能优化和相关物理机制研究上,开展了较为深入和系统的研究工作,如(1)实现了金属银和多种合金金属纳米线的合成,通过生长条件控制,有效改善了AgNi 核壳纳米线壳层的结晶质量。关注了银纳米线的功函数不匹配问题,首次提出镍包覆提高银纳米线功函数的思路。(2)以透明n-SrTiO3为例,实现了AgNi 核壳纳米线电极与n 型光敏半导体材料之间的肖特基接触及其在透明肖特基光二极管中的应用。AgNi 核壳纳米线材料的高功函数特性使n-SrTiO3 基肖特基光二极管的光电性能显著提升,实现了明显的自驱动短波蓝光探测性能和超快的响应速度,同时保留了SrTiO3 晶片的透明紫外屏蔽性能,使器件同时具有透明紫外屏蔽性能和对短波蓝光的自驱动光电探测性能。(3)实现了仿生透明MXene电极并应用于光电探测器的研究,得到导电性高、透光率高的柔性网络电极,所制备的网络电极方阻不仅低,而且其在250-800 nm波段内透光率接近90%,并基于静电纺丝自支撑TiO2薄膜为例,构筑成了性能优良的紫外光探测器。(4)通过修饰MXene薄膜表面,实现了4种不同功函数的电极材料,以PET 薄膜为衬底,成功应用于柔性光电探测器,该器件以180°被弯曲5000次,仍可保持硅衬底器件电流的80%。在该基金的支持下,以项目申请人为(共同)通讯作者,已经在材料类著名杂志上发表论文20 余篇,与国内外多个课题组开展合作交流研究。该国家基金参与培养5位博士后,2位博士生生和2位硕士生。

项目成果

期刊论文数量(20)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Facile fabrication of heterostructure with p-BiOCl nanoflakes and n-ZnO thin film for UV photodetectors
使用 p-BiOCl 纳米片和 n-ZnO 薄膜轻松制造用于紫外光电探测器的异质结构
  • DOI:
    10.1088/1674-4926/42/5/052301
  • 发表时间:
    2020-10
  • 期刊:
    J. Semicond.
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Longxing Su;Weixin Ouyang;Xiaosheng Fang
  • 通讯作者:
    Xiaosheng Fang
Silicon-compatible Photodetectors: Trends to Monolithically Integrate Photosensors with Chip Technology
硅兼容光电探测器:光电传感器与芯片技术单片集成的趋势
  • DOI:
    10.1002/adfm.201808182
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Advanced Functional Materials
  • 影响因子:
    19
  • 作者:
    Wei Yang;Jiaxin Chen;Yong Zhang;Yujia Zhang;Jr-Hau He;Xiaosheng Fang
  • 通讯作者:
    Xiaosheng Fang
Work-Function-Tunable MXenes Electrodes to Optimize p-CsCu2I3/n-Ca2Nb3-xTaxO10 Junction Photodetectors for Image Sensing and Logic Electronics
工作功能可调谐 MXenes 电极,可优化用于图像传感和逻辑电子器件的 CsCu2I 3/nCa2Nb3-xTaxO10 结光电探测器
  • DOI:
    10.1002/adfm.202201066
  • 发表时间:
    2022-03-09
  • 期刊:
    ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS
  • 影响因子:
    19
  • 作者:
    Chen, Jiaxin;Liu, Xinya;Fang, Xiaosheng
  • 通讯作者:
    Fang, Xiaosheng
Integration of filter membrane and Ca2 Nb 3O10 nanosheets for high performance flexible UV photodetectors
滤膜和 Ca2Nb3O10 纳米片的集成用于高性能柔性紫外光电探测器
  • DOI:
    10.1016/j.jmst.2022.04.035
  • 发表时间:
    2022-06-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE & TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    10.9
  • 作者:
    Zhang, Yong;Cao, Fa;Fang, Xiaosheng
  • 通讯作者:
    Fang, Xiaosheng
Solution-Processed Transparent Sn4+-Doped CuI Hybrid Photodetectors with Enhanced Performances
具有增强性能的溶液处理透明 Sn4 掺杂 CuI 混合光电探测器
  • DOI:
    10.1002/admi.201900669
  • 发表时间:
    2019-07-01
  • 期刊:
    ADVANCED MATERIALS INTERFACES
  • 影响因子:
    5.4
  • 作者:
    Li, Siyuan;Zhang, Yong;Fang, Xiaosheng
  • 通讯作者:
    Fang, Xiaosheng

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其他文献

ZnS纳米线的生长动力学和形貌演化
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    科学观察
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    --
  • 作者:
    张立德;方晓生;王业伍
  • 通讯作者:
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Zinc oxide nanostructures: mor
氧化锌纳米结构:mor
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    腾雪
Temperature dependent photolum
温度依赖性光通量
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    叶长辉*;方晓生;华国民;王茗
  • 通讯作者:
    王茗
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我的性格塑造和成长
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    解挺*;姜治;吴国盛;方晓生
  • 通讯作者:
    方晓生
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层次结构:硅片
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    叶长辉*;张立德;方晓生;王银
  • 通讯作者:
    王银

其他文献

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方晓生的其他基金

功函数可调的柔性透明电极的制备及其在光电探测器中的应用和机理研究
  • 批准号:
    62374035
  • 批准年份:
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聚合物/二维材料功能化复合结构应用于光电探测器
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    12211530438
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超疏水界面序构钙钛矿薄膜光电探测器及其性能研究
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    92263106
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    国际(地区)合作与交流项目
新型核壳结构微米线异质结雪崩紫外探测器的制备及其内在物理机理研究
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基于金属纳米粒子 / II-VI族低维半导体复合纳米结构的紫外光探测器的性能调控与机理研究
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    51471051
  • 批准年份:
    2014
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    面上项目
“液-液界面自组装”法制造无机半导体薄膜光电器件及其性能研究
  • 批准号:
    91123006
  • 批准年份:
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  • 资助金额:
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  • 项目类别:
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基于II-VI族一维半导体纳米结构的光探测器件内在物理机制和性能研究
  • 批准号:
    51002032
  • 批准年份:
    2010
  • 资助金额:
    20.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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  • 批准号:
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相似海外基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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