高稳定无封装的近红外有机光电探测器赋能可穿戴医疗监测

MEMS 2025-05-30 07:00
有机光电探测器(OPD)因其溶液可加工性、能隙可调性、低成本和柔韧性等优点,成为下一代可穿戴传感器和数字成像技术的有前途的候选者。近年来,研究人员投入了大量努力来提高响应度并抑制暗电流,显著提升了有机光电探测器的灵敏度。目前,最先进的有机光电探测器的比探测率与硅基商用光电探测器的水平相当。然而,制约有机光电器件实际应用的关键问题在于其在光照、湿度和氧气暴露下的稳定性不足。现有技术多依赖复杂封装工艺以维持器件性能,但显著增加了成本和工艺复杂程度。因此,开发无需封装的,兼具高稳定性和高性能的有机光电探测器是这一领域的重要挑战。
据麦姆斯咨询报道,近日,中国科学院长春应用化学研究所的研究团队通过创新的受体材料设计与界面工程,成功实现了无封装近红外有机光电探测器在环境条件下的长期稳定运行。该工作采用全稠环电子受体(FM2)和疏水交联有机阴极界面层(c-NDI),显著提升了器件的环境耐受性。这项工作证明了近红外有机光电探测器在实际应用中的光明前景。这项研究以“Stable Unencapsulated Near-Infrared Organic Photodetectors”为题发表在Advanced Optical Materials期刊上。
常见的非富勒烯受体采用环外乙烯双键连接端基,研究人员采用基于稠并的方式连接末端基团的全稠环小分子受体,其具有良好的近红外吸收,且能够有效增强材料的光、化学稳定性。此外,经典的无机阴极界面层具有亲水性和一定的光催化性质,研究人员采用交联的阴极界面层c-NDI,其具有良好的疏水性,能够有效阻隔环境水汽侵入器件,有助于提升器件的光、湿度稳定性。器件结构及分子结构图如图1所示,三种受体性能如图2所示。
图片
图1 有机光电探测器结构示意图,以及FM2和c-NDI的分子结构图
图片
图2 对照受体分子结构图,以及三种受体在THF溶液中与以ZnO为基底的薄膜的归一化最大吸光度衰减曲线
研究人员制造了具有 ITO/ZnO/活性层/MoO₃/Ag倒置构型的有机光电探测器,并三种受体的有机光电探测器光电性能进行了评估,相关结果如图3所示。随后,为了评估基于三种受体的有机光电探测器的稳定性,研究人员在600 lux光照或黑暗的环境条件下监测了未封装有机光电探测器的响应度、噪声频谱密度以及稳定性,相关结果如图4所示。器件封装对于包括有机光电探测器在内的有机光电器件的稳定性非常重要。在这项工作中,研究人员能够在未封装的情况下进行有机光电探测器稳定性研究。
图片
图3 近红外有机光电探测器的光电性能
图片
图4 未封装有机光电探测器的响应度、噪声频谱密度以及稳定性
基于该协同设计策略制备的近红外有机光电探测器,在920 nm处的峰值比探测率达到1.65×10¹³ Jones,为目前报道的最高值之一。更关键的是,基于该策略制备的无封装器件的T90寿命突破1050小时,是经典ZnO基器件的10倍以上,为有机光电探测器的实际应用扫除了稳定性障碍。
光电容积脉搏波描记法(PPG)是一种低成本的无创光学技术,用于监测健康指标。研究团队基于该近红外有机光电探测器,展示了一种用于监测实时人体心率和血氧饱和度的集成设备,相关设备示意图和应用结果如图5所示。结果显示,出色的连续实时监测能力使有机光电探测器能够用于疾病的早期诊断,展示了其在可穿戴生物传感方面的广泛应用潜力。
图片
图5 基于近红外有机光电探测器的实时人体心率和血氧饱和度监测应用
综上所述,这项研究创新的采用全稠环电子受体和疏水交联阴极界面层的协同设计,实现了稳定的高灵敏近红外有机光电探测器。FM2的全稠环结构能够有效抑制光异构化反应,结合具有良好疏水性质的c-NDI阴极界面层,能够协同提升有机光电探测器稳定性。优化后的无封装有机光电探测器在920 nm处具有高达1.65×10¹³ Jones的比探测率,并且在600 lux持续光照的空气环境下,能够保持90%的初始响应度超过1000小时。这项研究攻克了传统有机材料的环境敏感性难题,证明通过合理的分子设计与器件工程设计,有机光电探测器无需封装也可长期稳定工作,从而有效降低制造成本,为可穿戴传感、医疗监测等场景提供了兼具高灵敏度、高可靠性的近红外光探测解决方案。
论文链接:
https://doi.org/10.1002/adom.202500539

MEMS 中国首家MEMS咨询服务平台——麦姆斯咨询(MEMS Consulting)
评论
  • 现代人对于影音效果的追求持续增加,在多数影音产品中,HDMI是最为重要的接口,而HDMI 2.1中有一新增功能eARC可以透过HDMI线材来传输数字Audio,除了支持Dolby TrueHD、Atoms等声音格式外,也可以支持8声道喇叭,满足消费者对于声音的追求。新时代的高阶电视都具备支援eARC的功能,然而却有些号称支持的电视产品,因为在设计上的疏忽,造成eARC无法输出8声道Audio,以致eARC的功能大打折扣,对于花大钱欲享受高规格电视的消费者来说自然难以接受,对于该电视品牌也会产生负
    百佳泰测试实验室 2025-07-04 14:42 2032浏览
  •   去年底,整理旧物,扔的扔了,留的留了,这不,十四个几十年前留下来的工业级小型排风扇,下图左上角处,又拿出来,下决心把它们再利用发挥余热。  呵呵,这回不是拆而是装了。怎么装呢?组装、固定、机架、接线,简单,也不简单,原则是一切都用手头现有废旧材料,争取做到一个不买!DIY,废物利用,如今时髦的话,以旧换新!摆上台面,找来木条,策划怎么做?  比一比,看一看,觉得合适,按尺寸锯开木条。  咋走线?想到了,在有限空间内弯转,从一个螺丝孔穿出来,整体拼凑整齐。   咋固定风扇呢?找来木片条,锯断,
    自做自受 2025-07-06 21:37 622浏览
  • 北京贞光科技有限公司作为紫光国芯的核心代理商,贞光科技在车规级存储和工业控制领域深耕多年,凭借专业的技术服务能力为汽车电子、ADAS系统等高可靠性应用提供稳定供应保障。近期DDR4内存价格出现大幅上涨,引发市场广泛关注。这背后反映的是整个DRAM产业链的深层次变化,从上游芯片制造到下游应用市场,各个环节都在经历重新洗牌,国产供应链正面临前所未有的发展机遇。作为紫光国芯的核心代理商,贞光科技在车规级存储和工业控制领域深耕多年,凭借专业的技术服务能力为汽车电子、ADAS系统等高可靠性应用提供稳定供应
    贞光科技 2025-06-27 09:48 1516浏览
  • SPI概述ESP IDF中SPI LCD的相关API简单使用LVGL完整代码总结SPI概述当进入嵌入式行业开始,SPI总线是最需要且基础的知识了,它是高速全双工串行总线,可做到同时收发数据。时序和控制根据各家的芯片或者屏幕等设备的数据手册进行阅读和进行编程,比如总线模式就有四种,通过寄存器CPOL和CPHA配置模式CPOLCPHA数据采样时刻适用场景000SCK下降沿,第1个跳变沿采样多数传感器(如BME280)101SCK下降沿,第2个跳变沿采样部分ADC芯片210SCK上升沿,第1个跳变沿采
    二月半 2025-06-29 20:40 1484浏览
  • 在万物互联浪潮席卷全球的时代背景下,数字气压传感器作为物联网环境感知层的核心硬件之一,正凭借精准、实时的数字化气压测量能力,快速消融着现实世界与数字世界之间的沟通壁垒,其不仅能为物联网终端提供与环境进行对话的“媒介语言”,还能与其他环境感知技术形成协同效应,是物联网社会实现高效沟通的基石之一。数字气压传感器主要通过检测压敏元件在不同环境气压下的电信号变化,实现对气压的测量,并能直接输出数字信号以满足物联网终端对气压数据的传输、储存与记录等需求。现阶段,由于数字气压传感器具备着低功耗、高精度、快速
    华普微HOPERF 2025-07-01 09:20 1651浏览
  • 在物联网无线通信领域,随着行业应用场景的不断拓宽,同一频段下的设备通信需求正呈指数级增长,然而这一增长趋势却与频谱资源的有限性形成了鲜明对立,信道拥挤、信号串扰与非线性失真等不良现象所造成的“通信压力”正在持续放大。从智能家居的设备互联到工业物联网的实时控制,从智慧楼宇的广域组网到智慧城市的海量数据传输,有限的频谱资源不仅需要满足不断增长的设备通信需求,还需要适配不同场景对速率、时延与可靠性等差异化要求。在此背景下,如何在有限的频谱资源中实现更为稳定的无线通信质量,已成为物联网行业发展路径中的核
    华普微HOPERF 2025-07-07 16:13 666浏览
  • 本文主要针对分立方案高速输出电路,由于MOS管、稳压管、PCB布局布线都存在一些寄生电容,这些寄生电容都会影响高速输出电路的占空比,所以本文对这些寄生电容的影响进行简单说明。测试工况:电压:24V,负载类型:阻性负载2K,输出频率:200Khz,要求占空比45%~55%;电路拓扑如下图所示:图1寄生电容分布情况:如下图所示,MOS管寄生电容为Cgd、Cgs、Cds,稳压管寄生电容为Cd;图2而MOS管手册常见的参数如下图所示为Ciss、Coss、Crss(为啥是这些参数,而不改成Cgs、Cgd、
    用户1751282873645 2025-07-08 23:58 265浏览
  •   几个月前,一个老旧的大风扇的散风圈(俺不知其专业名称)的开关按钮不起作用,就是锁不住了,散风圈也就不转了。今天,有空,就拿到工作台,开始拆解分析故障原因,能修好更好。  看看,用的时间够长了吧!皮肤都变颜色了。看标签,合格品2005年的。  底部四个螺丝固定,很容易拆开了。  看到掉下一个标签圆纸片,拿起来看看,是那个横向摇头的电机的。  找到那个按钮开关位置  应该是开关内部的有缺陷了。把它拆下来,一看就是正规合格品。  拿出我日积月累的分类藏宝盒,呵呵,找到一款螺丝孔位正好合适的。   
    自做自受 2025-07-10 11:16 440浏览
  • 什么是LoRaWAN? LoRaWAN技术及应用LoRaWAN(Long Range Wide Area Network)是一种低功耗、长距离、广域网络通信协议,特别设计用于连接物联网(IoT)设备。LoRaWAN采用无线通信技术,能够覆盖数十公里的范围,提供长时间的电池寿命,适用于智能城市、农业、工业自动化、环境监测,与健康医疗等领域应用。来源: LoRa Alliance一探究竟:LoRaWAN物联网应用优势营运商采用 LoRaWAN 具有多方面的优势,除了长距离覆盖范围及低功耗的特点外,还
    百佳泰测试实验室 2025-07-10 14:51 405浏览
  • 工业物联网时代,作为一种普遍应用在汽车电子、工业控制与医疗器械等领域中的串行总线通信技术——CAN(Controller Area Network)总线基于消息广播模式,通过双绞线传输差分信号,是一种多主控(Multi-Master)的总线系统,具备极强的抗干扰能力、极低的传输延迟和高速数据传输性能。一种典型的CAN总线网络示意图在CAN总线通信过程中,CAN收发器作为物理层上的接口芯片,位于CAN控制器(MCU)和CAN总线之间,主要负责将来自CAN控制器(MCU)的数字信号与总线上的差分信号
    华普微HOPERF 2025-07-04 14:44 1979浏览
  • 曾经靠“砍一刀”撕裂传统电商格局的拼多多,如今疲态尽显。数据显示,拼多多今年第一季度实现营收957亿元,同比增长10%,市场预估1016亿元,相比预期低了近60亿元;经营利润为161亿元,相比去年同期下降38%;归属于普通股股东的净利润为147亿元,同比下降47%。与此同时,拼多多市值也坐上了“过山车”。去年市值一度突破 2180 亿美元,力压国内电商巨头阿里,今年(7月1日收盘)市值仅余 1497.59 亿美元,已不足阿里(市值2718.63亿美元)一半
    用户1742991715177 2025-07-05 14:24 467浏览
  • 在数字化、自动化高速发展的今天,光电耦合器正以一种低调却不可或缺的方式,悄然改变着我们的生活。它不仅是电子电路中的“安全卫士”,更是连接信号世界的“桥梁”,凭借出色的电气隔离能力,为各类设备提供稳定可靠的信号传输保障。电气隔离——让系统更安全在工业控制系统中,安全始终是重中之重。光电耦合器通过光信号进行电气隔离,能够有效防止高压电流侵入低压控制电路。例如,在智能电网系统中,它广泛应用于电表与通信模块之间,确保数据传输的安全性,防止电网高压对低压设备造成冲击。在电动汽车的电池管理系统(BMS)中,
    腾恩科技-彭工 2025-07-05 13:56 470浏览
  • 在全球广泛倡导绿色低碳与可持续发展的时代浪潮中,新能源汽车作为实现节能减排的重要载体之一,正受到各国政府与企业的加速培育。在此背景下,为提升新能源汽车的市场渗透率,我国已率先进入充电基础设施建设的加速期,从私人专用充电桩到社区公用充电桩,从高速路网补能节点到城市公用充电桩,汽车补能网络正在急速膨胀中。图源:摄图网(已授权)据中国充电联盟(EVCIPA)最新统计数据显示,截止2025年5月份,我国充电基础设施累计数量为1440万台,同比上升45.1%。其中,在2025年1月~5月期间,我国充电基础
    华普微HOPERF 2025-07-09 16:13 347浏览
  • 据知名市场研究机构Counterpoint Research发布的数据概览,2025年第二季度,中国智能手机销量预计将迎来小幅回暖,增长率约为1%。在这场销量微增的背后,华为与苹果两大品牌成为了推动市场前行的核心力量。其中华为手机的表现最为亮眼,数据显示,华为在中国市场的智能手机销量份额实现了12%的同比增长,这一成绩不仅使其成为了当季增长最快的品牌,更助力华为重新夺回销量榜首的位置。相比之下,vivo的表现就有些尴尬了。虽然还是位列第二,但vivo在第二季度的智能手机销量份额同比下降了9%,下
    用户1742991715177 2025-07-09 08:19 287浏览
  • 提要:采用LOXIM的微孔雾化专用芯片LX8201,能突破压电陶瓷驱动电压超标(24伏)的技术难题,满足全球市场对喷雾玩具的电压安规认证要求。玩具行业尤其是喷雾玩具行业内人士都知道,喷雾玩具的压电陶瓷驱动电压超标(常需60-100V)与强制安规标准(中国,日本,欧美,都一样)对玩具电压的限制(≤24V)存在根本性冲突,如果采用“多层压电堆叠(MPA)技术“(比如日本TDK公司),成本将增加至现有微孔雾化片的10倍以上,这个矛盾一直没有得到好的解决。喷雾玩具在国内热销(淘宝/抖音),能卖的原因,无
    Loximonline 2025-07-08 10:55 309浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦