أنابيب الكربون النانوية تجعل أجهزة الاستشعار البصرية مرنة ورقيقة للغاية - عالم الفيزياء

تم الكشف عن مستشعر بصري مرن ورفيع للغاية يستخدم أنابيب الكربون النانوية لتحويل الضوء إلى إشارات كهربائية ري كواباتا وزملاؤه. ويقول فريق جامعة أوساكا اليابانية إن جهازهم يمكن أن يؤدي إلى تقنيات تصوير بصري أفضل.

تلعب أجهزة الاستشعار البصرية دورًا حيويًا في تقنيات التصوير الحديثة. حتى الآن، اعتمدت أجهزة الاستشعار التقليدية على نطاق واسع على عناصر تقليدية شبه موصلة لتحويل الضوء إلى إشارات كهربائية. ومع ذلك، لتجنب الضرر، تميل هذه الأجهزة إلى تركيبها على ألواح سميكة وقوية، مما يحد من أشكال الأسطح التي يمكنها تصويرها عن قرب.

للتغلب على المشكلة، بدأ الباحثون في استكشاف الإمكانيات التي توفرها أجهزة الاستشعار من نوع الصفائح المصنوعة من مواد عضوية مرنة. من حيث المبدأ، يمكن لهذه المستشعرات أن تلتف حول الأسطح الأكثر تعقيدًا وتصورها بغض النظر عن شكلها. ومع ذلك، حتى الآن، لم تقترب هذه المجسات من مطابقة قدرات نظيراتها غير العضوية الأكثر صرامة.

الترانزستورات غير المستقرة

يوضح أوساكا قائلاً: "إن عرض النطاق الترددي للكشف عن أجهزة الاستشعار الضوئية التقليدية من النوع الورقي ضيق". تيبي أراكي. "وهذا يجعل من الصعب عليهم اكتشاف الموجات الكهرومغناطيسية ذات الطول الموجي الطويل (الأشعة تحت الحمراء إلى تيراهيرتز) اللازمة للتحليل الحراري والكيميائي." علاوة على ذلك، من المعروف أن الترانزستورات العضوية المرنة اللازمة لتشغيلها تصبح غير مستقرة عندما تتعرض للإشعاع بالضوء.

للتغلب على هذه التحديات، نظر الفريق إلى الخصائص الفريدة لأنابيب الكربون النانوية. فهي ليست مرنة للغاية فحسب؛ كما أن تركيبها الجزيئي الفريد يجعلها ممتازة في تحويل الضوء إلى طاقة كهربائية.

لاستغلال هذه المزايا، طور الباحثون تقنية لطباعة أجهزة الكشف الضوئية المصنوعة من أنابيب الكربون النانوية على ركائز ذات أغشية رقيقة. وتم تطعيم الأنابيب النانوية بمواد كيميائية لتحسين حساسيتها للضوء.

ورقة الاستشعار الضوئي

يقول أراكي: "من خلال دمج أجهزة الكشف الضوئية المصنوعة من أنابيب الكربون النانوية والترانزستورات العضوية في مصفوفة على ركيزة بوليمر رقيقة جدًا، قمنا بتطوير مستشعر ضوئي من نوع الصفائح يُظهر الثبات والمرونة والحساسية العالية في درجة حرارة الغرفة وفي الهواء".

ووجد الفريق أن أجهزة الاستشعار الخاصة به فعالة للغاية في الكشف عبر نطاق واسع من الضوء المرئي إلى إشعاع تيراهيرتز. ومن خلال دمج هيكل الحماية - الذي لا يؤثر على المرونة - فقد ضمنوا أيضًا استمرار عمل الترانزستورات المرنة للجهاز بشكل موثوق عند تعرضها للضوء. سمح ذلك للجهاز بتضخيم إشارات المستشعر بمعامل 10.

يوصف الجهاز بأنه مستشعر ضوء مرن للغاية ومناسب لمجموعة واسعة من تطبيقات التصوير. يقول أراكي: "لقد طورنا مستشعرًا ضوئيًا رقيقًا وناعمًا على شكل صفائح لا يلحق الضرر بالجسم المراد قياسه".

تكامل البلوتوث

ثم قام الفريق بدمج وحدة بلوتوث مع جهاز استشعار، مما يعني أنه يمكن استخدام الجهاز عن بعد.

تحصل الخلايا الشمسية المرنة فائقة النحافة على زيادة في الكفاءة

يقول أراكي: "لقد أنشأنا نظام قياس لاسلكيًا يمكنه بسهولة اكتشاف وتصوير ليس فقط الضوء، ولكن أيضًا الموجات الكهرومغناطيسية المرتبطة بالحرارة والجزيئات".

استخدم الباحثون نموذجًا أوليًا لجهاز الاستشعار الخاص بهم في عرضين ناجحين. أحدهما يتعلق باستشعار الحرارة المنبعثة من أصابع الإنسان؛ والآخر ينطوي على مراقبة محلول السكر الدافئ أثناء تدفقه عبر أنبوب رفيع. وأظهر الفريق أيضًا أن أجهزتهم متينة للغاية، لأنها كانت تؤدي أداءً جيدًا بعد تفتيتها على شكل كرة.

ويهدفون الآن إلى تحسين الجهاز بحيث يمكن استخدامه في مجموعة واسعة من التطبيقات. يقول أراكي: "يعمل نظام القياس اللاسلكي الخاص بنا على توسيع إمكانيات طرق الاختبار غير المدمرة". "يمكن أن يشمل ذلك التصوير بدون تلامس، وتقييمات بسيطة لجودة السائل دون الحاجة إلى جمع العينات. ومن المتوقع أيضًا أن يتم استخدامه في الأجهزة القابلة للارتداء وأجهزة التصوير المحمولة.

تم وصف البحث في المواد المتقدمة.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/carbon-nanotubes-make-optical-sensor-flexible-and-ultrathin/