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  近日，東南大學化學化工學院管英士教授課題組取得重要突破，成功研制出一種兼具高導電性、優異機械拉伸性和良好透明度的橡膠態可拉伸透明導體（RSTC），并基于該材料構建了可拉伸垂直結構光電探測器（RSVPD）。該器件不僅實現了紫外至近紅外光的寬帶光響應，還能在50%的應變下保持穩定性能，為可穿戴健康監測、柔性成像等應用提供了極具潛力的解決方案。相關研究成果以“Broadband-Responsive Rubbery Stretchable Vertical-Structured Photodetectors Based on Rubbery Stretchable Transparent Conductors”為題發表在ACS Nano。論文第一作者為團隊博士生狐竣梅，研究得到了國家自然科學基金、東南大學引進人才科研啟動基金等項目的資助。

  研究團隊通過創新設計，利用聚苯乙烯微球單層作為掩模版，成功制備出一種具有獨特微孔結構的橡膠態可拉伸透明導體（RSTC）（圖1）。該導體由導電聚合物PEDOT:PSS、離子液體和彈性體PDMS復合而成，微孔結構的引入不僅顯著提升了材料的機械拉伸性和透明度，還保持了其高導電性。實驗表明，RSTC在可見光范圍內的透光率超過90%，并且具有優異的導電性能。接著，基于RSTC這一新材料，團隊開發了可拉伸垂直結構的光電探測器（RSVPD）（圖2）。該探測器采用彈性異質結薄膜作為光活性層，不僅實現了從紫外到近紅外的寬帶光響應，還實現了10¹⁰ Jones數量級的比探測率（D*）。即使在50%的應變下，RSVPD仍能保持穩定的光電性能，展現出卓越的機械適應性。 

  為充分驗證RSVPD器件的實用性能，研究團隊開展了系統性的應用驗證研究。首先，團隊構建了5×5可拉伸光電探測器陣列用于柔性成像，實驗結果表明該陣列在30%拉伸應變條件下仍能保持穩定的成像性能（圖3）。進一步地，研究團隊通過將傳感器貼合于手指，開發了一種基于RSVPD的光電容積描記（PPG）傳感器，用于實時監測人體心率。該傳感器成功實現了靜息狀態和運動狀態下的心率監測（圖4）。這項研究首次將高拉伸性、高透明度的橡膠導體與垂直結構光電探測器相結合，突破了傳統柔性光電探測器的性能限制。通過微孔結構設計和材料優化，團隊不僅解決了可拉伸透明電極的難題，還為全橡膠電子器件的發展提供了新思路。未來，這一技術有望在柔性光學傳感、成像系統和醫療監護設備中實現更廣泛的應用。

圖1 橡膠態可拉伸透明導體制備

圖2 橡膠態可拉伸垂直結構的光電探測器制備與光電性能表征

圖3 橡膠態可拉伸光電探測器陣列

圖4 基于RSVPD的光電容積描記（PPG）傳感器

  原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsnano.5c01015