文章链接：https://doi.org/10.1016/j.gce.2024.03.001

文章导读

平面的光传感器是传统光成像设备的核心元件，但是其自身成像的景深和视野都较小。通过镜头可以扩大视野，但又容易带来相场弯曲、边缘暗角和畸变等问题。柔性电子材料，作为现代电子工业的重要补充和重要发展方向之一，在制备非平面光传感器方面具有很大优势。具备一定结构柔性的光传感器不仅能够实现非平面的光传感，还能随光路、环境等动态地调整曲率，在自适应、环境响应光学成像以及动态成像等领域都具有潜在的应用价值。与光电传感器相比，基于光热转换的柔性光电传感器可以响应更宽的光谱，简化设计过程，并克服不稳定等问题。

近日，中国人民大学贺泳霖副教授等在Green Chemical Engineering（GreenChE） 上发表题为“Flexible photosensors based on photothermal conversion”的综述性文章，系统地总结了光热转换和热-电转换的原理，并回顾了基于光热转换的柔性光传感器的研究进展，对这一新兴领域的挑战和机遇进行了总结和展望。

图1. 基于光热转换的光传感机理。

内容概述

按传感机理分类，柔性光传感材料可分为光电传感材料和采用光热转换途径的光-热-电传感材料。一般来说，光热过程比光电过程更广泛，光-热-电传感系统可以响应更宽光谱的光，特别是在红外（IR）区域，而在此波段光电传感器通常灵敏度较低。此外，光热过程容易与柔性材料集成，在一定程度上避免了复杂的加工技术。而热-电转换的机制又可以细分为热释电效应、热电效应和热阻效应等。热释电效应是基于温度变化引起的热释电材料的自发极化和电位变化。热电效应可分为离子热电和电子热电，当光热转换和热电效应结合又可以分为光-热-电（P-T-E）效应和光-热电（P-TE）效应，二者的主要区别在于光激发的物理过程是否参与调节热电转换以提高热电性能。与热释电和热电效应相比，热阻效应更为普遍。将光热转换与热阻响应相结合的材料能够将光信号转换为热信号，然后转换为电信号。基于以上光-热-电转换原理的光传感器可分为宽带光探测器和特定波段光探测器。

近年来，作者所在团队一直在围绕光热转换开发柔性光传感器，致力于解决柔性光传感器在工艺制备、性能优化和集成应用方面的挑战，以推动柔性光传感技术的发展和应用。值得一提的是，作者提出选择性光热转换的概念，利用金属纳米颗粒的局域表面等离子体共振效应，并通过调控金属纳米颗粒尺寸，实现了对红绿蓝三种光的选择性响应。这为本征感色的曲面光传感器的开发提供了一种可行的策略。

图2. 基于选择性光热转换的柔性光传感阵列。

总结与展望

本文综述了基于光热转换的柔性光传感器的优势和应用，强调了其在光谱响应范围、材料选择和加工工艺方面的独特性。对热-电转换的机制，如热释电效应、热电效应和热电阻效应进行了深入探讨，并介绍了光热转换与这些效应结合的研究进展。尽管取得了重要进展，柔性光传感器仍面临一些挑战，如部分传感器曲率调节有限、材料研究不足等。未来在波长选择性、快速响应性材料开发、传感单元的小型化、阵列集成化、标准评估方法建立等方面还大有可为。除此之外，柔性传感体系与大数据、云计算等人工智能技术的结合也是未来的发展趋势。

通讯作者简介

贺泳霖 副教授

贺泳霖，中国人民大学化学与生命资源学院副教授。2014年本科毕业于人大化学系，毕业后保送本校继续深造，2019年获博士学位，师从王亚培教授，同年留校任教至今。长期从事功能离子导体材料、光热材料、人工智能化学相关研究，累计发表论文50余篇，其中以第一作者或通讯作者在Nat. Commun.、Sci. Adv.、Adv. Mater.、Chem. Sci.、Adv. Funct. Mater.等期刊发表论文20余篇，论文被引1000余次；入选人大吴玉章青年学者、北京市科协青托计划并获北京青年优秀科技论文奖；主持国家自然科学基金、北京自然科学基金等多项课题。

撰稿：原文作者

编辑：GreenChE编辑部