随着科技发展，透明光探测设备在增强现实、智能窗户、光保真通信等领域应用前景广阔。然而，传统光探测器多为刚性，制造过程复杂、成本高，难以满足可穿戴设备、柔性显示屏等新兴应用的要求。与此同时，电子垃圾的急剧增长带来严重环境问题。在这两大难题的背景下，研究人员旨在研发可降解、柔性且透明的高性能光电探测器，既满足新兴应用对设备柔性与透明性的需求，又通过可降解特性解决电子垃圾污染，填补可穿戴设备和可持续电子领域的产品和技术空白。

一：研究摘要

本研究介绍了一种使用导电聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）和银纳米线（AgNWs）基纳米纤维以及醋酸纤维素（CA）透明可降解基底上的氧化锌（ZnO）纳米线的柔性透明光探测器（PDs）。通过静电纺丝制备的（PEDOT:PSS）:AgNW基纳米纤维展现出11 Ω/sq的表电阻和79%（在550 nm波长下）的光学透过率。PDs由ZnO纳米线作为光敏材料，桥接基于导电纳米纤维的电极。所开发的PDs展现出高响应度（1.10×10⁶ A/W），并且在动态暴露于紫外（UV）光下，无论是在平面还是曲面上，都表现出优异的稳定性。这些环保型PDs在使用寿命结束时可以自然降解，从而为透明电极和柔性光电子应用提供了一种无电子废弃物的解决方案。

二：核心内容

1. 光探测器的制备及性能表现

在制备过程中，先将 CA 溶解在 DMF 中制成溶液，浇铸在玻璃培养皿上，经 12 小时形成透明的 CA 基底；接着将 PEO、PEDOT:PSS 等多种材料混合，通过静电纺丝法制备出纤维电极，其薄层电阻约为 11Ω/sq ，光学透过率在 550nm 波长处达 79%；之后将 ZnO 纳米线分散在 IPA 中，经搅拌和超声处理制成溶液，通过滴铸法在电极间形成具有随机取向 ZnO 纳米线的 PDs，还利用介电泳（DEP）方法使 ZnO 纳米线定向排列，成功开发出以 PEDOT:PSS/AgNWs 静电纺丝纤维为电极、ZnO 纳米线为光敏材料的柔性、透明且可生物降解的光探测器（PDs）。见图1

图1 器件制备的示意图

在性能方面，不同结构的 PDs 表现出色。随机 ZnO 纳米线的 PDs 在 5V 偏压和 2μW/cm² 的紫外光强度下，响应度高达 1.10×10⁶ A/W。从图 3a 中可以看到，在 5V 偏压、0.5μW/cm² 的紫外光强度下，其响应度能达到较高数值，且随着偏压升高，响应度呈上升趋势 ，这是由于更强的电场促进了光生载流子的分离。而定向 ZnO 纳米线的 PDs 在相同条件下，响应度为 0.29×10⁶ A/W ，从图 5c 可知其在 5V 偏压、0.1μW/cm² 的紫外光强度下，响应度达到 0.81×10⁶ A/W。这种响应度差异主要源于 ZnO 纳米线的排列方式不同，随机排列增加了光吸收和电子 - 空穴对产生的概率，而定向排列虽有助于电荷传输，但纳米线密度较低影响了电子 - 空穴对的产生数量。

图2 r-PD的性能

2. 稳定性测试

这些光探测器在不同表面动态暴露于紫外光时均展现出良好的稳定性。在测试中，研究人员将 PDs 分别安装在平面、凹面（半径 40mm）和凸面（半径 40mm）的表面上，用波长为 365nm 的紫外光照射，测试其光电流响应。从图 4b 可以看出，在 1V 偏压、1μW/cm² 的光强下，安装在凹面基底的 PDs 光电流略高，这是因为凹面的聚焦效应使更多的光集中在 ZnO 纳米线上，促进了电子 - 空穴对的产生；而安装在凸面基底的 PDs 光电流略低，是由于表面面积增加导致光响应降低。但总体而言，不同弯曲条件下响应度的变化并不显著（如图 4c 所示），说明该光探测器在不同表面条件下都能稳定工作，适合应用于各种柔性可穿戴场景，如可集成到智能手环、衣物等可穿戴设备中，实时监测环境光强度。

图3 r-PD的弯曲性

3. 光学透明度

在 550nm 波长下，这些 PDs 展现出约 70% 的光学透明度。从图 6a 的光学透射光谱可知，纯 CA 基底的光学透明度为 97%，添加 PEDOT:PSS 基纤维图案后，光学透过率降至约 79%，当集成 ZnO 纳米线形成完整器件后，在 550nm 波长处的透光率为 70%。与其他已报道的透明紫外探测器相比（图 6b），该纤维基 PDs 在保持较高透明度的同时，响应度表现更为优异，这使得它在需要透明光探测功能的领域，如透明图像传感器、无接触交互式显示屏等方面具有很大的应用潜力。

图4 器件的透明度

4. 降解特性

研究表明，该光探测器在中性和碱性介质中溶解速度更快，完全溶解仅需六个月，这为制造可持续电子设备开辟了新途径。光探测器由 CA 作为基底、PEDOT:PSS@Ag 作为导电层和 ZnO 纳米线作为光敏层组成，这三层均为可生物降解的成分。从图 7 展示的在不同 pH 值的 PBS 溶液（pH=3、pH=7、pH=11）中的溶解过程可以看出，CA 在四周内完全溶解，而 PEDOT:PSS@Ag 的聚合物则需要约六个月才能完全溶解，且在中性和碱性介质中的溶解速度明显快于酸性介质。尽管溶解并不完全等同于生物降解，目前研究人员正在利用液相色谱 - 质谱（LC - MS）分析对降解副产物进行研究，但这种较快的溶解速度已显示出其在解决电子垃圾问题、实现电子设备可持续发展方面的优势

图5.在 37°℃ 的不同 PBS 溶液中浸泡的生物降解型光探测器溶解不同阶段的连续图像。

三：主要结论

本研究开发了使用PEDOT:PSS/AgNWs静电纺丝纤维作为电极和ZnO纳米线作为光敏材料的柔性、透明且可生物降解的光探测器（PDs），这些光探测器在随机和定向排列中均展现出卓越的性能。随机ZnO纳米线的PDs实现了1.10×10⁶ A/W的响应度，而定向ZnO纳米线的PDs实现了0.29×10⁶ A/W的响应度，在5 V偏压和2 μW/cm²的紫外光强度下。这些设备在平面、凹面和凸面上动态暴露于紫外光时均表现出良好的稳定性，使其成为各种柔性可穿戴应用的理想选择。这些PDs在550 nm波长下展现出约70%的光学透明度。此外，研究表明，该设备在中性和碱性介质中溶解速度更快，完全溶解仅需六个月，为制造可持续电子设备开辟了新途径。

查阅链接：https://doi.org/10.1038/s41528-025-00385-9

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