石墨烯這種紅得發(fā)燙的二維材料實際上是一種單層碳原子六角晶格，具有寬帶吸收性、高載流子遷移率及可塑性，被廣泛應(yīng)用在光電探測器研究中。但因其在可見光及近紅外區(qū)的低吸收率，阻礙了石墨烯寬帶光電探測器的發(fā)展，所以目前關(guān)于石墨烯光電探測器的研究多集中于增強光吸收的混合系統(tǒng)上。然而，這樣一個混合系統(tǒng)結(jié)合過程復(fù)雜，會因異質(zhì)界面降低載流子遷移率，或因依賴于等離子或光學(xué)共振而使檢測帶寬變窄，從而導(dǎo)致應(yīng)用范圍受限及制造成本增加。

　　在最近的《AdvancedMaterials》上，伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校的SungWooNam教授課題組報道了一種新型應(yīng)變調(diào)諧彈性石墨烯光電探測器，解決問題的策略堪稱精妙。該探測器基于褶皺狀三維石墨烯，這種“皺紋”材料可增強光信號，并可結(jié)合膠體光子晶體（colloidalphotoniccrystal,CPC），兼具應(yīng)變調(diào)諧的波長選擇性。這種彎曲的三維結(jié)構(gòu)大幅增加了石墨烯面密度，獲得了大于一個數(shù)量級（12.5倍）的消光性，及400%的光電響應(yīng)增強。此外，通過對材料施加200%的應(yīng)變，得到了約為100%的光響應(yīng)調(diào)制。從而獲得了一種應(yīng)變調(diào)諧的光學(xué)濾波器及彈性石墨烯光電探測器（圖1）。（CrumpledGraphenePhotodetectorwithEnhanced,Strain-Tunable,andWavelength-SelectivePhotoresponsivity.Adv.Mater.,2016,DOI:10.1002/adma.201600482）

　　研究人員通過合成時對石墨烯底部丙烯酸基質(zhì)施加預(yù)應(yīng)變，從而在應(yīng)變釋放狀態(tài)下得到三維石墨烯褶皺結(jié)構(gòu)，其消光性分別是平整石墨烯的12.5及6.6倍。而該方法也適用于其他新興的二維材料，如二硫化鉬（MoS2）等。在此基礎(chǔ)上，研究人員通過結(jié)合一個可產(chǎn)生光電流的波紋結(jié)構(gòu)石墨烯通道，及一個采集光電信號的波紋狀的金觸點，構(gòu)建了一種高性能光電探測設(shè)備（圖2a）。通過激光照射兩部分連接處測量光電流。在不同單軸拉力應(yīng)變（0%-200%）下，控制激光打開和關(guān)閉時間，得到了響應(yīng)速度快、重現(xiàn)性好，響應(yīng)增強達370%的彈性光電探測器動態(tài)光響應(yīng)數(shù)據(jù)（圖2c/d）。

　　隨后，研究人員將檢測器基底更換為高生物相容性、高柔韌度的硅聚合物，并在人類大腦模型（圖3a）和心臟模型（圖3b）上施加11.1%的拉力彎曲應(yīng)變。測量結(jié)果顯示，所得曲面和平面上電流-電壓（V）曲線相近（圖3c），且在上千次拉伸循環(huán)測量中穩(wěn)定性良好。這意味著這種光電探測系統(tǒng)在植入式生物醫(yī)學(xué)和光電子學(xué)領(lǐng)域中具有極高的應(yīng)用潛能。

　　最后，研究人員將膠體光子晶體嵌入柔性基質(zhì)中，用作應(yīng)變調(diào)諧的光學(xué)濾波器（圖4a）。紫外-可見光譜顯示（圖4b）當(dāng)應(yīng)變從0%到30%時，反射峰藍移，且顏色在橙—綠間變化（圖4c），使得該一體化CPC-彈性石墨烯光電探測器對結(jié)合波長選擇性和增強光電響應(yīng)有獨特的潛力。

　　2015年，中國科學(xué)院物理研究所張廣宇研究員課題組也報道過一種基于柔性石墨烯材料的觸覺傳感器（ACSNano,2015,9,1622-1629,DOI:10.1021/nn506341u)。該“電子皮膚”透明度高，靈敏性好，響應(yīng)時間為皮膚的十分之一，可承受上萬次壓力測試。

　　相信在不斷深入的研究中，石墨烯柔性檢測器會在特種、醫(yī)療健康等方面發(fā)揮更高的實用價值。