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凝聚态物理 > 其他凝聚态物理

arXiv:2508.18156 (cond-mat)
[提交于 2025年8月25日 ]

标题: 宽带、柔性、与皮肤相容的碳点/石墨烯光电探测器用于可穿戴应用

标题: Broadband, Flexible, Skin-Compatible Carbon Dots/Graphene Photodetectors for Wearable Applications

Authors:Nouha Loudhaief, Petr Rozhin, Ilaria Bertuol, Ali Raza, Leonardo Viti, Subhankar Roy, Enrico Cavarzerani, Luca Sbuelz, Matteo Brilli, Andrea Serinolli, Jacopo Nicoletti, Riccardo Piccoli, Sebastián Castilla, Simone Dal Zilio, Miriam Serena Vitiello, Maurizio Selva, Flavio Rizzolio, Alvise Perosa, Giovanni Antonio Salvatore, Domenico De Fazio
摘要: 可穿戴光电探测器的发展需要宽带光学灵敏度、机械柔性和皮肤相容性的独特组合,而现有技术很少能同时满足这些要求。 在这里,我们展示了结合所有这些性能的光电探测器。 这是通过将碳点(设计用于扩展的紫外至近红外吸收)与转移到塑料基板上的单层石墨烯相结合来实现的。 与传统的量子点系统不同,我们的碳点在没有有毒重金属的情况下实现了宽谱的紫外至近红外响应。 石墨烯为电荷传输提供了高效的通道,而生物相容性的壳聚糖-甘油电解质则实现了高效、低电压的载流子调制,在约0.5 V栅极偏压下达到最佳性能。 所得到的光电探测器表现出宽带的光电响应,在406 nm处的响应度约为0.19 A/W,在642 nm处的响应度约为0.32 A/W,在785 nm处的响应度约为0.18 A/W。 它们在0.8 cm的弯曲半径下保持一致的性能,并且经过多次循环后几乎没有退化。 此外,使用SkinEthic模型进行的皮肤相容性评估证实了我们设备的无毒性质和直接皮肤接触的适用性。 宽带吸收(400-800 nm)、柔性和皮肤相容性以及低电压操作($<$1.5 V)使我们的光电探测器成为下一代可穿戴光电子器件的有前途的构建模块。
摘要: The development of wearable photodetectors demands a unique combination of broadband optical sensitivity, mechanical flexibility, and skin-compatibility, with these requirements rarely met simultaneously by existing technologies. Here, we present photodetectors that combine all of these performances. This is achieved by integrating carbon dots, engineered for extended ultraviolet-to-near-infrared absorption, with single-layer graphene transferred onto a plastic substrate. Unlike traditional quantum dot systems, our carbon dots achieve a broad ultraviolet-to-near-infrared response without toxic heavy metals. Graphene provides an efficient channel for charge transport, while a biocompatible chitosan-glycerol electrolyte enables efficient, low-voltage carrier modulation, with peak performance at approximately 0.5 V gate bias. The resulting photodetectors exhibit a broadband photoresponse with responsivities of approximately 0.19 A/W at 406 nm, 0.32 A/W at 642 nm, and 0.18 A/W at 785 nm. They maintain consistent performance at a bending radius of 0.8 cm with negligible degradation after repeated cycles. Furthermore, skin-compatibility assessments using the SkinEthic model confirm the non-toxic nature and suitability of our devices for direct skin contact. The combination of broadband absorption (400-800 nm), flexibility, and skin-compatibility, along with low-voltage operation ($<$ 1.5 V), positions our photodetectors as promising building blocks for next-generation wearable optoelectronics.
主题: 其他凝聚态物理 (cond-mat.other)
引用方式: arXiv:2508.18156 [cond-mat.other]
  (或者 arXiv:2508.18156v1 [cond-mat.other] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2508.18156
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI(待注册)

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来自: Domenico De Fazio [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2025 年 8 月 25 日 16:01:09 UTC (12,524 KB)
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