尽管在过去的几年中已经报道了各种基于MoS2的光电探测器，但由于MoS2薄膜的低产量和低质量，用于光电成像的大面积光电探测器阵列的控制制造仍然是一个主要挑战，本文首次展示了一种基于叠层二硫化钼纳米片的高性能喷墨打印柔性光电探测器阵列。将季铵离子插入MoS2体中，得到2H相MoS2纳米片。在室温下，喷墨打印光电探测器的响应率为552.5AW-1， 探测率为1.19×10 12 Jones，快速响应时间为23ms，恢复时间为26ms，具有优异的性能。 此外，成功构建了85像素/英寸的光电探测器阵列，并清晰地识别了字母“T”。这些结果表明，电化学剥离与喷墨打印相结合在高性能光电探测器阵列中具有广阔的应用前景。此外，电化学剥离还成功地得到了In2Se3、黑鳞（BP）和MoTe2的油墨。相信这项工作为基于二维材料的各种潜在可印刷光电子技术铺平了道路。
拉曼在电化学剥离二硫化钼薄膜的喷墨印刷大面积柔性光电探测器件阵列中的应用
摘要：尽管在过去的几年中已经报道了各种基于MoS2的光电探测器，但由于MoS2薄膜的低产量和低质量，用于光电成像的大面积光电探测器阵列的控制制造仍然是一个主要挑战，本文首次展示了一种基于叠层二硫化钼纳米片的高性能喷墨打印柔性光电探测器阵列。将季铵离子插入MoS2体中，得到2H相MoS2纳米片。在室温下，喷墨打印光电探测器的响应率为552.5AW-1， 探测率为1.19×10 12 Jones，快速响应时间为23ms，恢复时间为26ms，具有优异的性能。 此外，成功构建了85像素/英寸的光电探测器阵列，并清晰地识别了字母“T”。这些结果表明，电化学剥离与喷墨打印相结合在高性能光电探测器阵列中具有广阔的应用前景。此外，电化学剥离还成功地得到了In2Se3、黑鳞（BP）和MoTe2的油墨。相信这项工作为基于二维材料的各种潜在可印刷光电子技术铺平了道路。
光电探测器在图像传感器、光电通信、环境监测、柔性电子等领域应用越来越广泛。对高性能光电探测器的需求对光活性材料的性能提出了一系列挑战。作为典型的二维层状材料，过渡金属二硫族化合物（TMDCs）具有优异的光电性能和物理性能，如高载流子迁移率、可调带隙、强光吸收率和柔韧性。其中，MoS2具有可调谐的带隙，这使得它比石墨烯具有更广泛的应用。随着层数的减少，MoS2的带隙从块状的1.29eV增加到单层的1.9eV，并变为直接带隙。由于原子薄二硫化钼的直接带隙和强激子性质，观察到强烈的光-物质相互作用。此外，这种材料在原子厚度上表现出优异的机械柔韧性。这些特性使二硫化钼在光电应用，特别是光电探测器方面表现出巨大的优势。
近年来，人们利用微机械剥离和化学气相沉积法（CVD）制备MoS2薄膜的光电探测器进行了大量的研究。然而，微机械剥离的成品率低和可扩展性差阻碍了MoS2光电探测器的实际应用。CVD被认为是合成大面积MoS2薄膜有前途的方法，但生长过程的严格条件和较差的可重复性给圆片规模的合成带来了困难。基于二硫化钼可控地大规模高性能光电探测器仍然是一个巨大的挑战。
作为一种替代方案，溶液剥离的二硫化钼纳米片引起了人们的广泛关注，其中常用的是液相剥离（LEP）和电化学剥离（ECE）。但LEP制备的纳米片厚度分布较宽，横向长短较短，导致薄膜电性能不太理想。另外，LEP的有限产量也制约了其更广泛的应用。在ECE中一直使用锂离子作为插层材料，但在锂剥离纳米片中引入了大量的金属1 T（三角）相二硫化钼。zui近，一种新的电化学插层方法被证明使用季铵离子取代锂离子，从而获得具有纯2H（六方）相的高质量MoS2纳米片。利用自旋涂覆纳米片制备的器件获得了10 cm2 V-1 s -1的高电子迁移率，与CVD方法制备的薄膜相当。
然而，在自旋涂覆过程中，很难控制MoS2纳米片的位置和分布，严重限制了电化学剥离纳米片的应用。与旋涂不同，喷墨印刷在小范围内提供了更均匀的沉积表面。喷墨打印作为一种典型的增材制造技术，在制造电子器件方面显示出巨大的前景。喷墨印刷采用按需喷射的工作模式，可以在计算机上按照预先设计好的图案精确地将微滴喷射在基材上。这种简便的工艺可以提高材料消耗效率，降低成本。这样一来，二硫化钼纳米片 就可以刚好被分配到需要的位置，从而大大提高了二硫化钼纳米片的利用率。zui近，一种基于印刷WS2和MoS2纳米片的孤立光电探测器分别被证明。然而，传统LEP获得的纳米片质量差，光响应率非常令人失望，只有1和50 mA W-1。据我们所知，用于光电成像的印刷高性能光电探测器阵列尚未报道。
本文首次通过电化学剥离的二硫化钼薄膜注入打印技术，展示了具有高灵敏度和快速响应速度的大面积/高分辨率/柔性光电探测器阵列。为了获得集成在3×3mm面积上的高分辨率光电探测器，设计了大量的互连片。在交叉板之间，本文沉积了一层介电物质以防短路。采用电化学剥离法制备二硫化钼油墨，并将其转移到电极间隙中。zui后，我们认为这种加工方便简单，适用于卷对卷制造。
拉曼使用目的：分析MoS2 印刷薄膜在TFSI处理前后的表面缺陷程度，PL发射信号对比
a）不同处理后MoS2的印刷薄膜的拉曼光谱 b）TFSI模式前后的MoS2的印刷薄膜的荧光光谱
考虑到嵌入过程中纳米片的潜在损伤，需要额外的后处理，如双(三氟甲烷)磺酰亚胺(TFSI)改性和退火。将打印后的器件在80℃的TFSI溶液中浸泡1 h，然后在400℃的Ar中退火，去除有机溶剂并降解衬底中的PVP。经过TFSI处理和退火处理的SiO2/Si衬底上印刷薄膜的拉曼光谱和光致发光(PL)光谱如图3a、b所示。在385.4和404.8 cm-1处的两个拉曼峰对应于MoS2面内E1 2g和面外A1g的振动模式。 E1 2g和A1g之间的拉曼位移约为19.4 cm-1，表明MoS2纳米片层数较少。TFSI修饰后，A1g的波数增加了约2 cm-2。这种A1g模式的转变可以解释为TFSI修饰了MoS2表面的缺陷。然而，E1 2g模式比A1g更不敏感，并且没有改变。在1.87和2.01 eV处的发射峰与PL谱中的A1和B1激子辐射一致。可以观察到TFSI处理后PL发射的显著增强，这可能是由于载流子寿命的延长。此外，在TFSI处理下，纳米片表面形成的硫空位可以被重组，由此导致的深能级陷阱的减少，从而减少了缺陷介导的非辐射重组，这也有利于PL的增强。
这篇文章报告了一种基于二硫化钼薄膜的喷墨印刷大面积柔性光电探测器阵列。采用电化学剥离法制备多层MoS2纳米片。并用3:1v/v松油醇/醇的双溶剂体系进行分散，可在多种基材上进行大规模喷墨印刷，包括不限于硅和PET。通过控制插层工艺，快速获得了丰富、少层、均匀、纯净的2H MoS2纳米片，并通过原子力显微镜和紫外-可见吸收光谱进行了验证。为了提高器件的性能，使用TFSI对打印后的薄膜进行修饰，将开/关比提高了约20倍。因此，喷墨打印制成的光电探测器具有较高的光响应度和比探测率，分别为552.5 AW-1和1.19 ×10 12 Jones。为了验证喷墨打印的大规模制造能力，这里将喷墨打印应用于光电探测器阵列的制造。测量暗电流和光电流之间的差值，并将字母“T”成像为像素图形。研究结果表明，将二维材料的电化学剥离与喷墨打印相结合是下一代、大规模和高性能光电器件的一种很有前途的方法。拉曼和PL的主要作用，就是分析通过TFSI修饰后MoS2纳米片结构的改变，以及PL信号增强背后的原因。
华中科技大学史铁林教授简介：男，教授，博士生导师，史铁林（Shi Tielin，Professor），1964年1月出生，中共党员，博士，教授，博士生导师，guo家级领军人才，曾任机械学院党委书记。1985年本科、1988年硕士毕业于西安交通大学，1991年博士毕业于华中理工大学，1993年博士后出站，进入华中科技大学（原华中理工大学）工作。现任中国振动工程学会常务理事，中国振动工程学会动态信号分析专业委员会主任委员，中国振动工程学会故障诊断专业委员会副主任委员，中国微米纳米技术学会理事，《Frontiers of Mechanical Engineering》副主编、《机械工程学报》、《振动工程学报》、《中国机械工程》、《中国工程机械学报》、《振动与冲击》、《振动测试与诊断》等杂志编委。先后获guo家教委科技进步二等奖（应用类），guo家教委科技进步一等奖（理论类），机械工业部科技进步一等奖，guo家科技进步三等奖，中国青年科技奖，全国博士后、湖北省五四青年奖章、中国机械工程学会杰出青年科技奖、首批“新世纪百千万人才工程”guo家级人选等荣誉称号等。主持完成或承担科研项目40多项，包括guo家973项目、guo家863项目、guo家自然科学基金重大研究计划培育项目、guo家自然科学基金面上项目、军口973项目、总装预研项目等。发表学术论文250余篇，其中SCI论文100篇，申请guo家发明专li80多项，授权50多项。
文章信息：该成果以“Inkjet-Printed, Large-Area, Flexible Photodetector Array Based on Electrochemical Exfoliated MoS2 Film for Photoimaging”为题发表在知名期刊Journal of The Advanced Engineering Materials上，史铁林和孙博为通讯作者。
本研究采用的是Nanobase的XperRam Compact共聚焦显微拉曼光谱仪系统。
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