基于全打印柔性光电探测器在大面积传感应用中的可行性

近期，英国萨里大学（University of Surrey）、斯旺西大学（Swansea University）的研究人员提出一种低成本、低复杂性、全打印的柔性光电探测器，通过简单且可扩展的两步制造工艺即可制备而成。该光电探测器可应用于电子增强书籍系统，通过纸张上的光学孔径自动检测环境光，并将信息传输到用户交互设备。该技术展示了低成本材料和工艺制造在大面积传感应用中的可行性，并可作为相关多媒体设备的交互接口。该项研究成果已发表于Communications Engineering期刊。

本研究提出的柔性光电探测器原型的制备过程

如今，打印技术已广泛应用于柔性电子器件的制造中。然而，与传统电子产品相比，由于打印设备的低性能和低制造均匀性，其在复杂控制和通信电路中的应用仍然受到限制。因此，目前，传统和新兴电子或技术的混合集成是将打印器件的优势（如灵活性、适应性、低成本、快速原型）和传统电子的高性能、复杂功能相结合的最佳解决方案，以构建满足实际应用的系统。

将混合集成转向柔性和打印技术的一种有效方法是利用新材料和新工艺的特定优势，同时要确保其大部分局限性不会影响到实际应用效果。值得一提的是，尽管仍存在一定的内在性能或可变性限制，但整体系统设计可以利用低成本方法实现，并且该方法有望极大地拓宽此类新兴技术的可行应用范围。

该项工作中，研究人员提出一种针对特定应用的全打印光电探测器，其设计用于通过纸张上的光学孔径检测环境光，以检测增强书籍的打开页面。该光电探测器采用两个简单的步骤制备而成。鉴于有机半导体固有的灵活性和与溶液处理的兼容性，研究人员将PCDTBT：PCBM有机半导体混合物沉积在用于氧化物半导体器件的共面叉指电极顶部，进而在玻璃和柔性聚酰亚胺衬底上制造出光电探测器。

该光电探测器非常灵活，可以轻松集成于用户交互设备。据研究报道，这是在人机交互（HCI）领域内首次演示的允许人们通过物理对象与数字世界进行交互的系统，该系统无需复杂的处理步骤，也不依赖于传统传感器的混合集成即可实现传感。

利用增强书籍和魔术书签（Magic Bookmark）作为参考应用，研究人员对该光电探测器设定了一系列关键参数要求，包括弯曲可靠性、制造可扩展性和可见光谱吸收特性。研究表明，在偏置电压开/关比为20.9时，该光电探测器能够使用典型微控制器的模数转换器（基于ATmega328 MCU）检测环境光的存在，此外，它可以承受超过100次1 mm半径的弯曲循环，且检测能力不会受到影响。

增强纸张（augmented paper）生态系统和测试条件

柔性光电探测器在玻璃上的电学表征

柔性光电探测器的弯曲性能

柔性光电探测器的实际电气性能

总而言之，研究人员成功地设计、制造和表征了一款完全可打印的柔性光电探测器，并针对实际用户交互要求对其进行了优化。研究结果表明，该光电探测器可作为一种适用于环境光传感器阵列（例如魔术书签所需的传感器阵列）的有效解决方案。

此外，该研究方法还表明了在严格考量功能器件优缺点的前提下，即使是极其简单的制造技术和性能相对较低的材料也可以在大面积柔性电子应用中得到有效利用。

审核编辑：郭婷