蓝绿光在水下无线通信与实时健康监测等领域具有重要的应用潜力和发展前景。为了进一步增强电子器件的便携性与集成度，研发多功能可穿戴柔性蓝绿光探测器显得尤为关键。然而，传统半导体材料普遍存在刚性易碎、工艺复杂等问题；同时，光敏元件与高分子基体之间弹性模量不匹配，在动态服役过程中容易造成层间分离脱落，限制了蓝绿光在可穿戴领域的应用。含有光响应基元的交联液晶聚合物（
CLCP
）或液晶弹性体兼具高分子质量轻、柔性好等特点，同时赋予材料对环境灵敏的刺激响应能力，是构建本征柔性可穿戴电子器件的理想材料。
该工作是陈爱华教授团队近期关于液晶聚合物及其智能器件的设计合成与应用相关研究的最新进展之一。传统半导体光敏材料的复杂制备工艺、与柔性基体之间较差的匹配度往往给可穿戴探测器的开发带来极大困扰。为此，团队发展了以偶氮苯类液晶弹性体作为光响应敏感基元、结合多种电属性物质的材料体系构建方法，提出了“光
-
机械应力
-
电信号”的连续转化传感路径，系统探索了在不同波段（
UV
、蓝绿光）的应用潜力，为新型全柔性光电探测器提供了一种可靠的制备思路。在前期研究中，团队制造了可溶液加工、紫外光
/
湿度双重响应的偶氮苯液晶弹性体执行器，实现了对微小物体的抓取和操控（
Small
2019
,
15
, 1900110
）。进而，团队通过静电纺丝技术，将偶氮苯液晶聚合物或含偶氮苯的蠕虫状聚合物纳米粒子
/
离子液体
/
聚氨酯弹性体复合织物引入紫外传感
/
防护一体化器件，实现了可拉伸、可弯曲、可水洗的高耐久性紫外光探测器（
Nat. Commun.
2021
,
12
, 4875;
Macromol. Rapid Commun.
2024
,
45
, 2400021
）。团队进一步利用纳米发电机的压电效应，搭建了高灵敏、自驱动紫外光探测器，并成功将其应用于紫外蓝牙通信系统（
Small
2022
,
18
, 2202639
）。
近日，
北京航空航天大学陈爱华教授课题组
在上述系列工作的基础上，在偶氮苯分子的两侧对位分别取代供电子效应的胺基和吸电子效应的羧基，合成了假芪式偶氮苯液晶聚合物（
P2NAzo
），因此将响应区间由紫外光红移至蓝绿光波段。通过与
P(VDF-TrFE)
压电聚合物静电共纺和后交联工艺，得到的
NAzo-CLCP
液晶弹性体复合织物可以在蓝光或绿光的照射下，发生纤维的微观轴向收缩，产生的应力直接激发压电效应，引起电压和电流的输出，如图
1
所示。
图
1
基于“光
-
机
-
电”传感机理的假芪式偶氮苯液晶弹性体蓝绿光探测器示意图
器件的短路电流具有
100 ms
的快速响应特性，同时光探测性能对循环光照、
180
°
折叠、
10%
小范围动态拉伸弯曲、温湿度波动、太阳光干扰等不同测试条件具有很强的鲁棒性，满足可穿戴设备和日常使用的各项基本需求，如图
2
所示。
基于上述特性，器件分别以探测器阵列和可穿戴绷带的形式应用于水下光源定位系统（蓝光）和光电容积脉搏波（
PPG
）心率实时监测（绿光）。得益于
NAzo-CLCP
复合织物的本征柔性和易剪裁的特性，探测器展现出令人瞩目的性能优势。其有效受光面积达到了半导体材料的
100
倍之多（且可根据需求定制），在无需额外透镜的协助下，便能实现
45
°
的宽接收角。这一特性为在水下环境、发射端与接收端存在相对运动等极端条件下的光探测任务，提供了前所未有的便利性与精确度，极大拓宽了光通信技术的应用场景与潜力。目前，基于
8
个该探测器所组成的光源定位阵列，可以精确判断入射光的方向和距离，如图
3
所示。
NAzo-CLCP
复合织物凭借其优异的附形能力和在动态环境中的稳定性，在可穿戴设备领域同样展示出独特的优势。将织物与绷带结合并紧密佩戴在手腕上，放置在绿光
LED
旁边，便可捕捉动脉血管因周期性收缩与舒张而反射的
PPG
信号，实现不同运动状态下的实时心率测量和针对心血管健康状态的定量化大数据分析，如图
4
所示。由于具有更好的贴合性和更大的接收面积，该绷带为心率监测提供了更高的容错性和更低的操作难度，这对于可能缺乏专业指导的老年人尤为有益，展示了一个全天候、多位点且无感的健康监测解决方案。
图
4
基于绿光的
PPG
实时心率监测和针对心血管健康状态的定量化大数据分析
多功能集成是实现全方面探测的基础，也是面向未来智慧场景的发展重点。利用
NAzo-CLCP
复合织物在材料组成和探测性能上的高度一致性，分别将蓝光
ASC II
编码通信和绿光
PPG
心率监测这两项重要功能，巧妙地整合到了同一个探测器的两面，从而搭建了具有双功能的探测器，如图
5
所示。这种集成方法可以很大程度降低电路设计的难度，为可穿戴设备的轻量化、舒适化带来更多可能。
图
5
多功能集成双面器件应用场景示意图及其性能测试
该工作以“
Double-Sided Bifunctional Blue-Green Light Photodetector Based on Liquid Crystalline Polymer for Light Positioning and Health Monitoring
”为题发表在国际著名期刊《
Advanced Functional Materials
》上，北航为唯一通讯单位，文章第一作者为北航材料学院博士研究生
刘哲峰
，通讯作者为
陈爱华
教授。
原文链接
https://doi.org/10.1002/adfm.202424645
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