石墨烯這種紅得發(fā)燙的二維材料實(shí)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(qiáng)光吸收的混合系統(tǒng)上。然而，這樣一個(gè)混合系統(tǒng)結(jié)合過程復(fù)雜，會(huì)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(bào)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(qiáng)光信號(hào)，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(gè)數(shù)量級（12.5倍）的消光性，及400%的光電響應(yīng)增強(qiáng)。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(shí)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(gè)可產(chǎn)生光電流的波紋結(jié)構(gòu)石墨烯通道，及一個(gè)采集光電信號(hào)的波紋狀的金觸點(diǎn)，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(shí)間，得到了響應(yīng)速度快、重現(xiàn)性好，響應(yīng)增強(qiáng)達(dá)370%的彈性光電探測器動(dòng)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(shí)，反射峰藍(lán)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(qiáng)光電響應(yīng)有獨(dú)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(bào)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(shí)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(huì)在特種、醫(yī)療健康等方面發(fā)揮更高的實(shí)用價(jià)值。