Water‐Stable and Photo‐Patternable Siloxane‐Encapsulated Upconversion Nanoparticles toward Flexible Near‐Infrared Phototransistors

材料科学 生物相容性 响应度 光电子学 纳米技术 硅氧烷 光子上转换 光电探测器 纳米颗粒 红外线的 光致发光 聚合物 发光 复合材料 光学 冶金 物理
作者
Injun Lee,Cheolmin Park,Tae Soo Kim,Minsoo Kang,Hyeongyeol Oh,Jinhyeong Jang,Jungjae Park,Jong Min Yuk,Hohjai Lee,Chan Beum Park,Sung‐Yool Choi,Kibum Kang,Wonryung Lee,Byeong‐Soo Bae
出处
期刊:Advanced Optical Materials [Wiley]
卷期号:11 (12) 被引量:7
标识
DOI:10.1002/adom.202202469
摘要

Abstract Upconversion nanoparticles (UCNPs), as near‐infrared (NIR) absorbers, are promising materials for use in flexible NIR photodetectors, which can be applied for wearable healthcare applications due to their advantages in a broad spectral range, high photostability, and biocompatibility. However, to apply UCNPs in wearable and large‐area integrated devices, water stability and micro‐patterning methods are required. In this work, the UCNPs are encapsulated with a siloxane polymer (UCNP@SiOx) via a sol–gel process to enable photo‐patternability and photo‐stabililty in water conditions. The UCNP@SiOx can be photo‐patterned down to micron‐scale feature sizes and exhibit no significant decrease in upconversion photoluminescence (PL) intensities and PL decay time after immersion in water for 2 h. Moreover, UCNP@SiOx is evaluated by an in vitro biocompatibility test and found to be non‐toxic. By integrating the UCNP@SiOx with MoS 2 phototransistors (MoS 2 + UCNP@SiOx), the devices exhibit enhanced responsivity (0.79 A W −1 ) and specific detectivity (2.22 × 10 7 Jones), which are 2.8 times higher than in the bare MoS 2 phototransistors, and excellent mechanical durability over 1000 cycles of 20% compression and re‐stretch test. This work opens the way for the facile synthesis of water‐stable and photo‐patternable siloxane‐encapsulated UCNPs and a strategy for fabricating high‐performance flexible NIR phototransistors through wavelength conversion.

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