透明柔性电极是光电器件的关键组成部分，在太阳能电池、LEDs和光探测等领域有重要的应用。对于光探测器件(将光信号转变为电信号)，透明柔性电极目前面临的主要困难是如何同时提高电极的透明性和电导率。MXene是一种新型的二维材料，具有优异的导电性和理化结构可调性，因此是一种制备透明柔性电极的潜力材料。然而，目前的大量研究结果表明，以常规方法制备的MXene基本柔性电极很难实现高的透明性和电导率。因此，如何通过合理的结构设计来同时提高Mxene基柔性电极的透明性和导电性，目前仍是该领域亟需解决的一个难题。
近日，复旦大学方晓生教授研究团队开发出了一种新颖的MXene/树叶复合高透明、高导电柔性电极，其透光率可达90 %，而电阻仅为3 Ωaq-1。以MXene/树叶复合电极制备的紫外光探测器具有灵敏的光响应性和很好的柔性，经过1000次弯折和卷曲后，光电流可以保持原来的90 %。作者研究发现，将树叶的叶肉除去后，在表面沉积MXene，由于网络状叶脉可以促进表面电流的收集和减小面内电阻，因此在低含量MXene的添加条件下可以实现较高的电导率，从而也保证了电极高的透明性。除此之外，MXene与树叶叶脉之间的强相互作用使得复合电极具有优异的机械强度和柔性，经过1000次弯折、揉搓后电导率基本保持不变。MXene/树叶复合电极与TiO2薄膜组装的柔性紫外光探测具有高灵敏度和高稳定性，同时，透光率也可达60 %，因此在未来的光电子学领域表现出了巨大的应用潜力。这项研究以题为《Bio-inspiredtransparent MXene electrodes for flexible UV photodetectors》的论文发表在《Materials Horizons》上。(后附原文链接)
【图文解析】
作者首先以脱去叶肉的杨梅叶脉为支撑结构，采用MILD法涂覆多层m-Ti3C2Tx型MXene后制备得到MXene/树叶复合电极(制备流程图以及电极结构如图1所示)，对其结构和性能进行了表征和研究。
作者研究发现，随着m-Ti3C2Tx涂覆次数的增加，复合电极表面电阻值不断下降，当经过8次涂覆后，电阻下降至3 Ω aq-1。由于整体涂覆的m-Ti3C2Tx很少，复合电极具有优异的透光性，在整个紫外光谱(250~800 nm)范围内的透过率基本保持在90 %以上。同时，由于m-Ti3C2Tx和杨梅叶脉表面上均有大量的极性基团，因此m-Ti3C2Tx和叶脉之间具有强的相互作用，这使得复合电极具有优异的机械强度和柔性。经过1000次弯折和卷曲后，复合电极的形状和电导率都可以得到很好的保持，这有利于制备性能优异且稳定的光探测器。
作者在同一片叶脉树叶上的不同区域分别涂覆了化学性质不同的h-Ti3C2Tx和m-Ti3C2Tx型MXene，加以TiO2衬底制备了半透明自支撑紫外光探测器。测试结果表面该探测器具有优异的光响应性，开关比可以达到103，在5 V的偏置电压下灵敏度可达6 mA W-1。探测器优异的光响应性来自于柔性电极特殊理化性质—m-Ti3C2Tx和h-Ti3C2Tx的工作函数分别为4.33 eV和3.71eV，均低于TiO2衬底的工作函数，因此TiO2和电极之间不存在阻挡层。同时，该紫外光探测器还具有很好的稳定性和柔性，作者将其在180℃的高温下运行1000次后，光电流还能保持最初的90 %，经过弯折和卷曲后，探测器仍然可以正常运作，显示出极强的环境适应性。虽然TiO2衬底的加入使该紫外光探测器的透光性比MXene/树叶复合电极稍差，但是紫外光透过率仍然接近60 %，为半透明性紫外光探测器。
【总结】
作者提出了一种新颖的仿生电极制备方法，这种方法可以获得高透明性和高导电性的MXene/树叶复合柔性电极。这些优异的性能是树叶中层次化的叶脉网络结构和化学处理后MXene之间的强附着力引起的。将MXene/树叶复合柔性电极应用在紫外光探测器中，制备得到了自支撑半透明紫外光电探测器，表现出极佳的灵活性和稳定性，在未来的光电子学领域表现出了巨大的应用潜力。
原文链接：
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/mh/d0mh00394h#!divAbstract
