Canek Fuentes-Hernandez教授认为，使用高性能、柔软且可拉伸的光电探测器使脉搏血氧仪(就像他手里拿着的那种)变得更加符合人体工程学，并消耗更少的电能，具有巨大的潜力。功劳:由于新材料和制造的发现，Canek Fuentes-Hernandez半导体正在从切割或形成薄圆盘或晶片的刚性基板向更柔韧的塑料材料甚至纸张转变。越来越多的柔性基板的趋势已经导致了许多器件的制造，从发光二极管到太阳能电池和晶体管。佐治亚理工学院的研究人员创造了一种类似于第二皮肤层的材料，它比原来的尺寸可拉伸200%，而不会明显失去电流。研究人员表示，这种柔软的柔性光电探测器可以提高医用可穿戴传感器和植入式设备的实用性，以及其他应用。这项研究将于12月15日发表在《科学进展》杂志上。
佐治亚理工学院机械和计算工程实验室的研究人员合作了三年多，展示了光电探测器的新水平的可拉伸性，这是一种由合成聚合物和弹性体制成的设备，可以吸收光产生电流。
如今，光电探测器被用作健康监测的可穿戴设备，如刚性指尖脉搏血氧计读数设备。它们将光信号转换成电信号，通常用于可穿戴电子设备。
像橡皮筋一样可拉伸
乔治·w·伍德拉夫机械工程学院的奥利维耶·皮尔隆教授说，考虑到传统的柔性半导体在几个百分比的应变下会断裂，佐治亚理工学院的发现是“一个数量级的改进”，他的实验室测量了柔性电子器件在极端条件下的机械性能和可靠性。
Canek Fuentes-Hernandez是一名前电气和计算机工程学院(ECE)的合作PI，现在是波士顿东北大学电气和计算机工程副教授，他说:“想象一下橡皮筋或类似人类皮肤的柔软和可拉伸的东西，但具有类似固体或刚性半导体的电半导体特性。他说:“我们已经表明，你可以在半导体中建立可拉伸性，保持检测比室内照明灯泡产生的光弱约1亿倍的光水平所需的电气性能。
非凡的毅力和团队精神
国际倡议副教务长、欧洲经委会教授伯纳德·基普伦(Bernard Kippelen)监督了该研究的第一作者、欧洲经委会博士生扬拉克·帕克(Youngrak Park)的工作。经过两年半的研究，帕克发现了化合物的正确组合，这种化合物产生了一种超软材料，当暴露在光线下时，这种材料能够发电和导电。
Park为半导体层的所有部分找到了完美的比率，以保持光电探测器的高性能。但要证明这种材料的可拉伸性是一项艰苦的工作，尤其是考虑到单层比头发薄1000倍。
朴槿惠依靠当时还是佐治亚理工学院机械工程专业博士生的金庆金来测试这种材料的可靠性。他继续向金提供更大、更厚的样品，直到一个500纳米厚的样品出现。
“当时还是超级瘦。在干燥的条件下，它会崩溃。我们不得不使用蓄水池来保持它的形状，”金回忆道，他现在是康涅狄格大学机械工程系的助理教授。
皮尔龙在阐述测量光活性层的纯机械性能有多困难时指出，“电子器件通常非常脆，这对于在刚性基板上制造的传统器件来说是可以接受的。但一旦你使用软性基板，这就成了一个问题。”
水的作用就像保鲜膜，将薄膜保持在适当的位置，而不会破碎或变形，使研究人员能够拉伸材料并测量其机械性能。
Kim kyung Jin展示了一种拉伸的弹性体薄膜。在佐治亚理工学院时，乔治·w·伍德拉夫机械工程学院的教授奥利维尔·皮尔隆和伍德拉夫机械工程学院的前院长塞缪尔·格雷厄姆共同为金提供了建议。功劳:金京金为了测试设备在光照下发出的电信号，必须在设备上嵌入电子终端。然而，这些终端也必须是可变形的，否则整个设备将变得僵硬。
“制造可拉伸的电子终端本身就是一个重大挑战，”欧洲经委会博士毕业生费利佩·安德烈斯·拉腊因说，他与帕克密切合作，专注于嵌入式组件。他现在是智利阿道夫·伊瓦涅斯大学的助理教授。
虽然这种突破性材料最初已被集成到光电探测器中，并进行了电气功能测试，但还需要进行更多测试和优化，以显示材料在多峰载荷下的可拉伸性及其货架稳定性。
“令人兴奋的是，这些材料和设备将使我们能够发展――即智能系统的概念。你有功能表面，结合了监测各种物理特性的传感器，”格雷厄姆说，他是伍德拉夫机械工程学院的前主席，现在是马里兰大学的工程系主任。
“这是跨学科研究的一个非常好的例子——如果没有电气和机械工程师之间的合作，这些工作都是不可能的，”Kippelen说。“在实验室中，我们之前没有任何关于可拉伸材料的经验。弄清楚如何衡量这一点需要很大的毅力、创造力和努力。”
新的智能应用成为可能
研究人员对这种材料增强医用可穿戴设备的潜力感到非常兴奋。通常，使用刚性生物传感器的手表有局限性，因为弯曲手腕可以完全改变传感器的测量值。当一个人移动时，它们会受到“运动伪影”或图像质量下降的影响。
亚特兰大生物传感器初创公司Huxley Medical的项目经理加布里埃尔·卡恩(Gabriel Cahn)指出:“四处移动会极大地影响收集到的数据的可用性，但能够在身体上重新定位设备以最大限度地减少或消除运动伪影是一件大事。”他最近从佐治亚理工学院毕业，获得了柔性电子学博士学位。“拥有能够弯曲、扭转、弯曲和顺应非平坦表面并随身体移动的电子设备，将使您能够将这些传感器放置在更有利的地方来收集生物识别数据。它在帮助诊断或监测现有医疗疾病方面将会非常有用。”
该研究团队预计，这种柔软且可拉伸的聚合物混合物将在健康监测的可穿戴设备之外有丰富的应用。“这种柔软的装置对于生物电子应用中的植入式电子设备也很有吸引力，因为这种接口符合柔软生物组织的动态运动，减少了异物反应，”金说。
“潜力是惊人的，”拉腊因补充道。“从长远来看，你可以开发能够增强甚至取代人眼的传感器，或者应用于机器人眼睛。”
Fuentes看到这种材料在智能农业应用中发挥作用，农民可以在水果或其他农产品中安装光传感器，以监测生长、疾病和更好的收割时间。
Kippelen认为，检测超低光水平的橡胶状光电二极管可以应用于检测、识别和表征用于核燃料循环监测的电离辐射。
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