环境污染物和各类废弃材料中广泛存在多种含氢化学键（如O–H、N–H和C–H等），这些化学键在短波红外波段具有特征性的倍频振动吸收，为环境污染物的快速、无损检测和废弃物识别提供了光谱依据。目前，短波红外成像主要依赖制备与集成工艺复杂、成本较高的InGaAs、Ge等无机探测器；相比之下，有机光电探测器（OPDs）具有光电性质易调控、可溶液加工及易于大面积集成等优势，是低成本消费级短波红外成像器件的有力候选。然而，兼具超窄带隙与低能量无序的有机半导体材料仍较为缺乏，OPDs在短波红外（尤其是波长≥1.4 μm）的响应度和比探测率仍偏低，难以满足高灵敏环境监测的需求。

在中国科学院和国家自然科学基金委的支持下，近年来有机固体实验室林禹泽课题组在高灵敏有机光电探测材料与器件方面开展了深入研究，取得了系列进展（Sci. Adv. 2023, 9, eadf6152; Nat. Water 2024, 2, 577–588;Angew. Chem. Int. Ed. 2025, 64, e202507637; Adv. Mater. 2026, 38, e22336.）。

最近，林禹泽课题组设计合成了一系列基于（卤代）噻吩稠合醌式端基的高有序超窄带隙有机半导体材料，实现了响应波长超过1.4 μm的高灵敏短波红外光电探测与无损环境成像监测。他们通过在醌式端基中引入高极化率的硫原子，协同增强分子内电荷转移和分子间相互作用，在拓展长波吸收的同时促进分子的有序堆积，使材料的光学带隙最低降至0.68 eV，乌尔巴赫能低至23 meV。基于该类材料构筑的OPDs可实现超过1.7 μm的长波响应。其中，氯代材料器件在1.4 μm处的响应度接近0.1 A W⁻¹，比探测率达2.95 × 10¹⁰ Jones。研究团队进一步通过溶液加工将该器件直接集成于非晶硅薄膜晶体管背板，构筑了有源矩阵短波红外成像阵列。利用油、水及不同纤维在1.4 μm处的吸收差异，实现了模拟海水溢油的定量监测（拟合决定系数R² > 0.99）、约1 mm油滴的成像识别，以及天然纤维和合成纤维织物的无损分类（聚类轮廓系数为0.824）。相关研究成果近日发表在Sci. Adv.2026, 12, eaeg4558. DOI:10.1126/sciadv.aeg4558。论文第一作者为博士生耿怡斐，李腾飞博士为共同第一作者，通讯作者为林禹泽研究员。

高度有序超窄带隙有机半导体构筑的短波红外成像阵列实现无损环境监测

有机固体实验室

2026年10月12日