全手工绘制的柔性紫外-可见-近红外光探测器，基于组氨酸掺杂的MoS2量子点

《Advanced Materials Interfaces》：All-Hand-Drawn Flexible UV–Vis–NIR Photodetectors Based on Histidine-Doped MoS2 Quantum Dots

光电探测器手绘制备方法研究

　　在现代科技飞速发展的背景下，光学探测器作为将光能转化为电信号的关键器件，在光通信、传感以及医学诊断等多个领域发挥着不可替代的作用。然而，传统光学探测器的制造工艺往往需要复杂的步骤和昂贵的设备，如真空蒸发和旋涂工艺，这不仅限制了其大规模生产和灵活性，还增加了制造成本。因此，寻找一种简便、低成本且易于推广的制造方法，成为推动光学探测器技术发展的关键。

本研究提出了一种全新的手绘方法，用于制造金属-半导体-金属（MSM）结构的光学探测器。该方法通过在纸上绘制银/二硫化钼（MoS?）量子点（QDs）/银的结构，实现了一种完全手绘的宽带光学探测器。与传统方法相比，这种方法显著简化了制造流程，同时保留了光学探测器的高性能表现。通过反复绘制电极和活性层，我们验证了该方法在重复使用过程中的稳定性和一致性，为大规模生产和可重复使用的光学器件提供了新的思路。

此外，该技术还被拓展至可弯曲且可降解的3M Post-it纸基底上，使得光学探测器不仅具备良好的性能，还能适应不同的应用场景。实验结果显示，这些手绘探测器在经过300次不同曲率的机械弯曲后，仍然保持了出色的光响应能力，证明了其机械耐久性和基底适应性。这不仅为开发可大规模生产的、环保的光学器件提供了新的路径，还为柔性电子和一次性光电器件的应用开辟了新的可能性。

研究中所使用的MoS?量子点，通过组氨酸进行修饰，显著提升了其结构和光学特性。这一修饰方法有效减少了由于边界缺陷导致的载流子捕获问题，同时通过直接带隙结构，有助于分离电子和空穴，从而降低测量电压。这种优化不仅提高了器件的响应速度，还增强了其在低光强度下的灵敏度。通过调控MoS?量子点的尺寸分布，我们进一步调整了光检测的范围，使得器件能够实现宽波段检测，而无需依赖传统的多层结构。

MoS?作为一种过渡金属二硫属化物（TMDs）材料，因其二维特性、可调的带隙结构、强的光-物质相互作用以及优异的机械柔性，在新一代光电器件和能量转换技术中展现出巨大的潜力。特别是在单层状态下，MoS?的带隙由间接变为直接，使其在光吸收和光发射方面具有优势。此外，其在紫外-近红外（UV–NIR）波段的高吸收系数和化学稳定性，也使其成为光电器件的理想材料。

然而，基于MoS?的器件性能通常受到表面状态、缺陷密度和界面电荷传输的影响，这促使研究人员不断探索如何优化其结构和电子特性。为此，研究中引入了量子点形式的MoS?，这种形式结合了母体材料的优点，并通过量子限域和边缘效应，使得其光学吸收、发射以及表面反应性得到了显著改善。MoS?量子点不仅能够作为光采集的活性层，还可以作为混合器件结构中的界面修饰材料，提升了器件的整体性能。

在光电器件中，MoS?量子点被广泛用于光检测、光发射以及电荷传输层，显示出高灵敏度和宽光谱响应。其纳米尺度特性还使得其可以通过溶液加工、简便的掺杂或表面修饰，以及与柔性基底的集成，为可穿戴设备和低成本光电器件提供了新的可能性。这些特性对于实际应用至关重要，尤其是在对性能和成本要求较高的场景中。

为了进一步验证手绘方法的可行性，我们还对基于不同基底的光学探测器进行了实验对比。与传统方法相比，手绘方法在制造过程中更加简便，且无需复杂的真空处理和高成本的设备。实验结果表明，基于SiO?/Si基底的光学探测器表现出快速的响应时间，而基于纸基底的探测器虽然响应速度较慢，但仍然具备良好的稳定性，适用于某些需要长时间信号输出的场景。这种差异主要源于基底材料的特性，如表面粗糙度、孔隙率和界面结构等。

在实际应用中，为了确保器件的可靠性，我们对光电器件进行了机械弯曲测试和响应稳定性分析。测试结果显示，即使经过300次弯曲，器件的响应性能依然保持稳定，说明其在机械变形下具有良好的适应性。此外，为了验证手绘技术的可重复性，我们还由不同操作者在相同条件下独立制备了多个器件，结果表明它们的光响应行为几乎一致，证明了手绘方法在操作上的灵活性和一致性。

通过与其他研究的对比，我们可以发现，尽管手绘方法在某些方面仍存在改进空间，如在形成连续且稳定的电极连接方面，但它在简化制造流程和提高器件的可扩展性方面具有显著优势。此外，由于手绘方法的环保性和低成本，它为可大规模生产的柔性光电器件提供了新的可能。通过优化量子点与基底之间的界面，以及提高电极连接质量，我们相信未来可以进一步提升器件的光电性能，使其在更广泛的领域中得到应用。

综上所述，本研究通过手绘方法实现了高性能、低成本、可扩展的柔性光学探测器。该方法不仅简化了传统的制造流程，还为光电器件的环保性、灵活性和可重复性提供了新的可能性。随着对柔性电子和可穿戴设备需求的增加，这种手绘技术有望成为未来光电器件制造的重要方向。通过进一步研究和优化，我们相信手绘技术可以推动光电器件向更加高效、环保和实用的方向发展。