配备日盲紫外光电探测器的消防救援机器人可显著提升在高温、爆炸、有毒气体和烟雾等危险环境中的作业安全性与效率。然而，传统刚性光电探测器无法满足与机器人系统无缝集成的柔性需求。鉴于此，中国科学院宁波材料所李润伟教授团队，通过静电纺丝与高温相变的创新结合，在开发可拉伸日盲紫外光电探测器方面取得了新突破，为智能消防系统中紫外探测器的柔性集成提供了新方案。该成果以Self-supported β-Ga2O3 nanowires and for stretchable solar-blind UV photodetectors为题发布在《Scientific Reports》期刊。

研究人员首先将硝酸镓（Ga(NO₃)₃·xH₂O）和聚乙烯吡咯烷酮（PVP，K-30）按照1:4的质量比溶解在乙醇和去离子水的混合溶液中，配制成前驱体溶液。随后，通过精确控制静电纺丝过程中的参数，如电极电压、溶液流速和针头与收集器之间的距离，研究人员能够制备出均匀且高质量的前驱体纳米线。随后，通过在真空管式炉中进行高温退火处理，前驱体纳米线成功转化为 β-Ga₂O₃ 纳米线。这种静电纺丝和高温相变结合的生产方法，实现了具有优异日盲紫外吸收能力的自支撑 β-Ga₂O₃ 纳米线的批量生产。

所得的可拉伸日盲紫外光电探测器展现了卓越的光电特性。具体而言，该探测器具有超低暗电流（5.12 nA），这表明在无光照条件下，器件的漏电流极低，从而提高了信号的信噪比。在 254 nm 紫外光照射下，探测器的光响应电流高达 0.76 µA，显示出对日盲紫外光的高灵敏度。此外，该器件的响应时间和恢复时间分别为 0.8 秒和 0.36 秒，这意味着它能够快速地对紫外光的变化做出反应，并在光源移除后迅速恢复到初始状态。这些特性使得该探测器在快速检测和实时监测应用中具有显著优势。

图3：未应变状态下器件的光电性能 a.光功率密度变化下响应度（R）和 PDCR 的变化趋势 b.不同光功率密度下 I-T 循环响应曲线 c.不同偏压下的 I-T 特性曲线 d.光电流与施加偏压的关系 e.偏压变化下响应度（R）和 PDCR 的变化趋势 f.I-T 曲线和响应时间 g.多周期 I-T 曲线

为了进一步验证该技术的实际适用性，研究团队成功构建了一个 4×4 的原型探测器阵列，并利用该阵列实现了紫外成像。实验结果表明，阵列能够清晰地分辨出不同区域的紫外光强度差异，从而成功地对特定的紫外光图案进行了成像。这一成果不仅证明了该技术在实际应用中的可行性，还为智能消防系统和其他极端环境下的共形光电探测器的发展提供了新的思路和方法。未来，这种可拉伸的日盲紫外光电探测器有望在机器人电子皮肤、智能消防服等领域得到广泛应用，为提高救援效率和保障人员安全发挥重要作用。

图4：基于 β-Ga₂O₃ 纳米线的可拉伸紫外盲光探测器的应变稳定性分析 a.受拉伸应变的器件缩颈示意图 b.随拉伸应变变化的电极间距和光敏面积，通过 COMSOL 模拟获得 c.在不同拉伸应变下器件的光电流和暗电流的变化 d.在不同拉伸应变下器件的 R 和 PDCR 的变化 e.在不同拉伸应变下单周期 I-T 曲线 f.经过 500 次 0–50%–0% 拉伸应变循环后器件的光电流和暗电流的变化 g.经过 500 次 0–50%–0% 拉伸应变循环后器件的光电流和暗电流变化率

综上所述，本研究通过结合静电纺丝与高温相变的创新策略，成功实现了自支撑 β - Ga₂O₃纳米线的批量制备。基于此制备的可拉伸日盲紫外光电探测器，在光电性能、机械稳定性及实际应用等方面展现出卓越的优势。极低的暗电流、高光响应、快速的响应与恢复时间以及出色的灵敏度，使其在日盲紫外探测领域具备显著的性能优势。同时，前所未有的机械鲁棒性，极大地拓宽了其在复杂环境下的应用场景。通过原型探测器阵列实现的紫外成像，进一步验证了该技术的实际可行性，为智能消防系统以及极端环境应用中的下一代共形光电探测器的发展提供了有力的技术支撑。

图5：4×4 可拉伸日盲紫外光电探测器阵列 a.制备工艺流程图 b.测试示意图 c.响应热图

在探索高性能材料的征途中，静电纺丝技术以其独特的优势脱颖而出，成为制备先进纤维的新宠。它不仅工艺简单易操作，而且能够精确控制纤维直径，适用于广泛的材料体系。这种技术的灵活性和高效性使其成为研究和开发新型材料的热门选择。而今，微迈自主研发推出的MN60静电纺丝机，它搭载了先进的多针智能下纺系统，能够支持多样化的材料制备。MN60不仅能够精准调控纺丝参数，如纺丝速度、距离和环境条件，还能实现材料的精准和可扩展制备。无论是实验室研发还是工业生产，MN60静电纺丝机都可以一键放大配方，助力材料创新研制。

 

 

 

文献来源：https://doi.org/10.1038/s41598-025-02563-1