近日，厦门大学萨本栋微米纳米科学技术研究院郑高峰教授团队，在基于电纺直写技术制备纳米纤维自堆叠的压电效应增强型高灵敏度柔性光电探测器方面取得重要进展。相关成果以 “Piezophototronic Effect-Enhanced Highly Sensitive Flexible Photodetectors Based on Electrohydrodynamic Direct-writing Nanofiber Self-stacking” 为题，发表在Advanced Fiber Materials。
研究背景
6G 通信和集成芯片技术的迅速发展，对小型轻量化光电探测器的灵敏度和功耗提出了更高要求。柔性光电探测器在人体信号检测和紧凑型通信系统中有应用潜力，但面临诸多挑战。柔性衬底的拉伸弯曲会降低探测器电子迁移率；非响应性光敏元件在衬底变形时会产生寄生光电流，增加功耗。此外，现有复合柔性光敏材料存在缺陷导致电流损耗增加，传统制备方法难以保证材料一致性和均匀性，后处理技术又会影响材料与柔性衬底之间的界面相容性。因此，开发能有效整合柔性衬底和光敏材料的光电探测器至关重要。
图1光电探测器结构及其应用：(a) 加密通信系统的概念；(b) ZnO@(Cu(NH3))(CN) 柔性光电探测器的放大图；(c) 紫外通信系统的示意图；(d) 紫外显示系统的示意图。
研究内容
研究团队提出将压电效应增强的传感组件应用于柔性光电探测器。利用电纺直写技术，精准调控纳米纤维的组装，成功实现铜氨络合物 (Cu(NH3))(CN) 纳米纤维在氧化锌 (ZnO) 纳米纤维上的自堆叠，构建出ZnO@(Cu(NH3))(CN)光电探测器。
图2 光电探测器制备工艺及表征：(a) 柔性光电探测器的制备工艺；(b) 光电探测器的SEM图像；(c) FTIR光谱；(d) XRD光谱；(e) UV-vis光谱。
该探测器性能卓越。在功耗和响应速度方面，暗电流可低至1.12×10-7 A，静态功耗显著降低；在紫外线照射下，响应度高达 13.3 A/W，响应时间仅 11 ms，恢复时间为 9 ms。探测器阈值电压可通过改变堆叠层数在 6 - 20 V 之间灵活调节。团队通过多种表征手段对探测器的结构和性能进行了深入分析，揭示了其性能提升的机制。研究发现， (Cu(NH3))(CN) 堆叠改变了能带结构，降低暗电流的同时，还通过内部电场增强光电流。
图3 柔性光电探测器性能和压电效应：(a) 探测器I-V特性曲线；(b) 不同光功率下的光电特性响应；(c)单周期光电特性响应时间；(d) 不同堆叠层数下的光电特性响应；(e) 不同堆叠层数下的响应率和探测率；(f) 对数I-V特性曲线；(g) 未堆叠的能带图；(h) 堆叠的能带图；(i) 和 (j) 纳米纤维的示意图。
基于ZnO@(Cu(NH3))(CN)光电探测器，团队设计了紫外通信和显示系统。这两个系统在短距离通信领域展现出巨大潜力，能够实现安全高效的信息传输与显示。
在紫外通信系统中，无线光通信需要稳定、低功耗且阈值电压可调的柔性光检测系统。而紫外线光通信因低噪声优势在近场无线电屏蔽领域具有重要应用价值。通信时，发送端将字母编码为二进制代码，以此调制紫外激光的开关，信号经一定距离传输后，被探测器接收。这一成果展示了该系统在实际应用中的可靠性和高效性，为短距离通信提供了新的解决方案。
图4 光电探测器在通信中的应用：(a) 紫外通信系统概念图；(b) 真值表；(c) 系统工作流程图；(d) 接收端接收到的当前数据。
紫外显示系统利用掩模板协议，通过移动掩模板，用柔性光电探测器接收光电信号，收集电流数据，再由计算机处理分析并根据灵敏度上色，最终形成清晰图像。实验展示了用不同堆叠层数的探测器显示字母的效果。该紫外显示系统具备良好的显示性能，在信息展示领域有潜在的应用价值，为相关显示技术的发展提供了新的思路和方向。
图5 光电探测器在紫外显示器中的应用：(a) 紫外显示系统示意图；(b) 25层探测器的X、M和U字母显示；(c) 不同层数的X、M和U显示结果；(d) 不同层数的光电探测器。
研究相关
该该项研究工作得到了国家自然科学基金（52405424，52275575）、福建省科技计划项目（2024J010011）、深圳市科技计划项目（JSGG20220831094600002）、厦门市科技计划项目（2022CXY0101）等的资助。厦门大学郑高峰教授和厦门理工学院陈华坛助理教授为共同通讯作者，厦门大学物理科学与技术学院博士生杜贤若为论文第一作者，中国海洋大学信息科学与工程学部本科生彭正辉（推免至北京大学）、厦门大学航空航天学院本科生梁彦阳（推免至清华大学）为论文共同第一作者协助该课题研究。研究工作得到了厦门大学萨本栋微米纳米科学技术研究院刘益芳、福州大学机械工程及自动化学院邵尊桂等老师的指导与帮助，参与本研究工作的还有厦门大学信息学院本科生郑晨祺（推免至北京大学）、清华大学航天航空学院博士生钟易晟、厦门大学萨本栋微米纳米科学技术研究院博士生陈瑞欣等同学。
论文链接：https://link.springer.com/article/10.1007/s42765-025-00554-5
人物简介：
郑高峰：工学博士，厦门大学教授、博士研究生导师，萨本栋微米纳米科学技术研究院科学仪器所所长,仪器与电气系副主任。福建省杰出青年基金获得者，福建省高层次人才，福建省“雏鹰计划”青年拔尖人才，厦门市“双百计划”领军型创业人才。主要从事微纳喷印、智能检测传感、柔性电子集成等领域的研究工作。主持有国家重点研发计划子课题、国家自然科学基金、福建省产学研究重点项目、福建省自然科学基金等纵向课题30余项。发表 SCI、EI收录学术论文160余篇，作为第一发明人获授权发明专利40余件，实用新型专利30余件，出版专著1本，参与撰写著作专章3篇。作为第一完成人获福建省科技进步奖二等奖、厦门市科技进步奖二等奖、中国发明协会发明创业奖创新奖一等奖各1项。
