柔性光电信息技术领域不断创新的探索者

　　打开湖南大学“岳麓学者”胡伟博士的个人主页，首先映入眼帘的就是那个著名的方程式E=mc2，将“柔性光电信息器件及其在可穿戴电子领域应用”定义为自己研究方向的他，坚信科技服务人类，技术服务国家。他将自己的所学投入国家发展的战略需求，瞄准前沿科技，用扎实的理论知识和坚定的执行毅力去攻克一道道难关，铭记教者初心与义务，践行学者责任与使命。

　　胡伟，博士，副教授，湖南大学“岳麓学者”，毕业于吉林大学集成光电子国家重点实验室，新加坡南洋理工大学访问学者，澳大利亚昆士兰大学博士后研究员；研究方向为新型集成光电技术，主要从事柔性光电子信息器件及集成研究，并拓展其在可穿戴电子设备上的功能实现。

　　突破传统，创新材料立新功

　　最近，一篇题为“Germanium/perovskite heterostructure for high-performance and broadband photodetector from visible to infrared telecommunication band”的论文在Light: Science & Applications上发表，是胡伟及其合作者成功地研制了一款高性能、宽频带的钙钛矿/锗异质结光电探测器，该异质结构光电探测器表现出更高的性能和更宽的光谱特性。

　　在谈及这一研究工作时，胡伟告诉记者，光电探测器是一种将光信号转换成电信号的光电器件，宽带光电探测器可以对紫外、可见和红外光做出响应，其在成像传感器、光通信、环境监测和医疗探测等领域应用广泛。传统的硅探测器受限于带隙，其光谱响应截止在1100nm左右，因而在红外光范围内硅探测器鞭长莫及。半导体锗是构建光电子集成系统中光信号检测的关键组件，它在红外尤其是通信波段具有独特的响应特性，并且与互补金属氧化物具有良好的工艺兼容性。研究表明，锗对可见光的吸收能力较差且穿透深度较短，因而对可见光的响应性能较差，这一不足阻碍了锗在可见光与宽带探测领域的应用。

　　针对以上问题，胡伟与合作者一起，采用当前光电研究领域的明星材料——甲铵基碘化铅有机无机杂化钙钛矿，利用其优异的可见光吸收特性，弥补锗材料在这一波长范围的不足。为了实现这一宽带响应的设计，胡伟首先对材料制备与器件结构进行设计、对光场分布与增透功能进行数值模拟，然后将系列实验与理论结果进行结合，最后通过对异质结构器件的关键参数、核心工艺及系统兼容等进行优化，成功实现了具有可见光到近红外光谱响应范围的光电探测器。利用150nm钙钛矿涂层最优的红外抗反射特性，器件在光纤通信波段1550nm实现了最高响应率达1.4A/W。在可见光区域，器件的光电导增益也使其具有出色的性能参数，譬如在680nm，器件的响应度和探测率分别达到228A/W和1.6×1010Jones。这一异质结光电探测器实现了从可见光到红外光高性能的检测方法，基于这一结构优异的光子捕获能力，相信锗/钙钛矿异质结构在新型光电器件，如紫外可见红外光通信、太阳能电池以及下一代宽光谱光电器件等领域具有巨大的应用潜力。

　　独辟蹊径，柔性信息器件的新时代

　　柔性电子技术是当前科研领域的创新热点，也是产业界关注的重点领域之一，美国《科学》杂志将柔性电子技术列为2000年世界十大科技成果之一，《中国制造2025》中柔性电子技术涵盖新一代信息技术产业、新材料、生物医药及高性能医疗器械等若干领域。

　　基于国际前沿研究进展和自身研究工作的积累，特别是留学期间向时任的澳大利亚总理展示柔性光伏系统的研究成果，胡伟将研究方向聚焦在开发具有自主知识产权的柔性光电信息器件领域，在柔性电极材料与柔性光电探测器件方面做出了具有实用前景的工作。譬如基于可见光的柔性探测器件，通过采用低温制备工艺，研究和探索了杂化钙钛矿材料在柔性器件领域的应用，结果表明，这一柔性器件具有良好的可绕曲与耐疲劳特性。这一类型的柔性器件，利用光作为信息的载体，将可见光光源与探测集成在柔性的穿戴设备上，可以实现可见光通信的信息下载需要，也可以利用对身体无损伤的特性，在将光穿过身体器官或者细胞时，测量光信号的微弱变化，实现身体机能参数，如血氧含量、血压、脉搏等，快速灵敏的即时检测，实用性很强。

　　柔性电子技术必须搭载衬底兼容的电极材料，传统铟锡氧化物（ITO）电极材料因其阻值高、刚性强、易折断等缺点，难以满足未来柔性产品的多样化需求，而且，还存在铟资源短缺、薄膜加工成本高等问题。为了克服ITO的缺陷、满足新一代柔性器件的需要，近年来，许多科学家开始研究可替代ITO的TC材料。针对ITO电极材料在柔性衬底上制备与性能的不足，胡伟与合作者一起，提出了利用金属银纳米线薄膜的替代方案，并通过对传统多元醇还原法合成银纳米线薄膜过程中，残留的高分子配体绝缘层进行工艺兼容的液相处理，提高了半透明薄膜的导电能力，并显示出优异的可绕曲特性，从而为银纳米线薄膜在柔性电子领域中的应用迈出了重要的一步。

　　胡伟说：“我们当时选用的是金属纳米银线，利用纳米尺度的基础线，当它构成网状结构时，既能够保证透光特性，又能够保证金属所具有的导电特性。这是我们做项目的初衷和目的。现在来看，这个结果还是非常不错的。”

　　在谈及未来科技应用的场景时，胡伟说：“将柔性光电信息器件与可穿戴设备集成，像皮肤一样贴在人的身上，既可以实现心跳、血压等个人基本生理参数的在线监测，也可以通过对汗液微量元素等物质的检动态监控人体的健康状况，并及时将所有数据反馈到医生的终端，结合大数据、机器学习等手段，为人类的健康和正常生活提供基本的应急保障，尤其是对于需要即时就诊的病人，可以将柔性电子系统随身携带，在家就可以实现远程健康监控，不但解决了现今医院病床紧张的难题，还提升了病人的心理舒适感和生活品质。”

　　既是教者也是学者，秉持初心与责任，胡伟不断行进在开拓创新的道路上，传承“实事求是、敢为人先”的湖南大学精神，与千年学府的同事们一起，为祖国的科研事业谱写更美的篇章。

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