Οι νανοσωλήνες άνθρακα καθιστούν τον οπτικό αισθητήρα εύκαμπτο και εξαιρετικά λεπτό - Physics World

Ένας εύκαμπτος, εξαιρετικά λεπτός οπτικός αισθητήρας που χρησιμοποιεί νανοσωλήνες άνθρακα για να μετατρέπει το φως σε ηλεκτρικά σήματα παρουσιάστηκε από Rei Kawabata και συνεργάτες. Η ομάδα του Πανεπιστημίου της Οσάκα της Ιαπωνίας λέει ότι η συσκευή τους θα μπορούσε να οδηγήσει σε καλύτερες τεχνολογίες οπτικής απεικόνισης.

Οι οπτικοί αισθητήρες διαδραματίζουν ζωτικό ρόλο στις σύγχρονες τεχνολογίες απεικόνισης. Μέχρι στιγμής, οι συμβατικοί αισθητήρες βασίζονται ευρέως σε συμβατικά ημιαγώγιμα στοιχεία για τη μετατροπή του φωτός σε ηλεκτρικά σήματα. Για να αποφευχθεί η ζημιά, ωστόσο, αυτές οι συσκευές τείνουν να τοποθετούνται σε χοντρές, στιβαρές σανίδες, περιορίζοντας τα σχήματα των επιφανειών που μπορούν να απεικονίσουν από κοντά.

Για να ξεπεραστεί το πρόβλημα, οι ερευνητές έχουν αρχίσει να διερευνούν τις δυνατότητες που παρουσιάζουν αισθητήρες τύπου φύλλου κατασκευασμένοι από εύκαμπτα οργανικά υλικά. Κατ 'αρχήν, αυτοί οι αισθητήρες μπορούν να τυλίγονται γύρω από πιο σύνθετες επιφάνειες και να τις απεικονίζουν ανεξάρτητα από το σχήμα τους. Ωστόσο, μέχρι στιγμής, αυτοί οι αισθητήρες δεν έχουν φτάσει κοντά στο να ταιριάζουν με τις δυνατότητες των πιο άκαμπτων, ανόργανων αντίστοιχων αισθητήρων.

Ασταθή τρανζίστορ

«Το εύρος ζώνης ανίχνευσης των συμβατικών οπτικών αισθητήρων τύπου φύλλου είναι στενό», εξηγεί η Osaka's Τεππέι Αράκι. «Αυτό τους καθιστά δύσκολο να ανιχνεύσουν ηλεκτρομαγνητικά κύματα μεγάλου μήκους κύματος (υπέρυθρα έως terahertz) που απαιτούνται για θερμική και χημική ανάλυση». Επιπλέον, τα εύκαμπτα οργανικά τρανζίστορ που απαιτούνται για τη λειτουργία τους είναι γνωστό ότι γίνονται ασταθή όταν ακτινοβολούνται από το φως.

Για να ξεπεράσει αυτές τις προκλήσεις, η ομάδα εξέτασε τις μοναδικές ιδιότητες των νανοσωλήνων άνθρακα. Όχι μόνο είναι ιδιαίτερα ευέλικτοι. Η μοναδική τους μοριακή δομή τα καθιστά επίσης εξαιρετικά στη μετατροπή του φωτός σε ηλεκτρική ενέργεια.

Για να εκμεταλλευτούν αυτά τα πλεονεκτήματα, οι ερευνητές ανέπτυξαν μια τεχνική για την εκτύπωση φωτοανιχνευτών νανοσωλήνων άνθρακα σε υποστρώματα λεπτής μεμβράνης. Οι νανοσωλήνες προστέθηκαν με χημικές ουσίες για να βελτιωθεί περαιτέρω η ευαισθησία τους στο φως.

Φύλλο φωτοαισθητήρα

«Με την ενσωμάτωση φωτοανιχνευτών νανοσωλήνων άνθρακα και οργανικών τρανζίστορ σε μια συστοιχία σε ένα εξαιρετικά λεπτό πολυμερές υπόστρωμα, έχουμε αναπτύξει έναν φωτοαισθητήρα τύπου φύλλου που παρουσιάζει σταθερότητα, ευελιξία και υψηλή ευαισθησία σε θερμοκρασία δωματίου και στον αέρα», λέει ο Araki.

Η ομάδα διαπίστωσε ότι οι αισθητήρες της είναι πολύ αποτελεσματικοί στην ανίχνευση σε ένα ευρύ φάσμα από το ορατό φως έως την ακτινοβολία terahertz. Με την ενσωμάτωση μιας δομής θωράκισης – η οποία δεν έθετε σε κίνδυνο την ευελιξία – εξασφάλισαν επίσης ότι τα εύκαμπτα τρανζίστορ της συσκευής συνέχιζαν να λειτουργούν αξιόπιστα όταν ακτινοβολείται φως. Αυτό επέτρεψε στη συσκευή να ενισχύει τα σήματα του αισθητήρα κατά 10.

Η συσκευή περιγράφεται ως ένας εξαιρετικά ευέλικτος αισθητήρας φωτός που είναι κατάλληλος για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών απεικόνισης. «Έχουμε αναπτύξει έναν οπτικό αισθητήρα λεπτού και μαλακού φύλλου που δεν καταστρέφει το προς μέτρηση αντικείμενο», περιγράφει ο Araki.

Ενσωμάτωση Bluetooth

Στη συνέχεια, η ομάδα ενσωμάτωσε μια μονάδα Bluetooth με αισθητήρα, πράγμα που σημαίνει ότι η συσκευή μπορεί να χρησιμοποιηθεί από απόσταση.

Τα εξαιρετικά λεπτά εύκαμπτα ηλιακά κύτταρα ενισχύουν την απόδοση

«Έχουμε συνειδητοποιήσει ένα ασύρματο σύστημα μέτρησης που μπορεί εύκολα να ανιχνεύσει και να απεικονίσει όχι μόνο το φως, αλλά και τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα που σχετίζονται με τη θερμότητα και τα μόρια», λέει ο Araki.

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα πρωτότυπο του αισθητήρα τους σε δύο επιτυχημένες επιδείξεις. Το ένα περιλάμβανε την αίσθηση της θερμότητας που εκπέμπεται από τα ανθρώπινα δάχτυλα. και το άλλο που εμπλέκεται περιλαμβάνει την παρακολούθηση ενός ζεστού διαλύματος ζάχαρης καθώς ρέει μέσα από ένα λεπτό σωλήνα. Η ομάδα δείχνει επίσης ότι η συσκευή τους είναι πολύ ανθεκτική επειδή απέδωσε καλά αφού τσαλακώθηκε σε μια μπάλα.

Τώρα στοχεύουν στη βελτίωση της συσκευής ώστε να μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών. «Το ασύρματο σύστημα μέτρησής μας επεκτείνει τις δυνατότητες μη καταστροφικών μεθόδων δοκιμών», λέει ο Araki. «Αυτές θα μπορούσαν να περιλαμβάνουν απεικόνιση χωρίς επαφή και απλές αξιολογήσεις ποιότητας υγρών χωρίς την ανάγκη συλλογής δειγμάτων. Αναμένεται επίσης να χρησιμοποιηθεί σε φορητές συσκευές και φορητές συσκευές απεικόνισης.»

Η έρευνα περιγράφεται στο Προηγμένων Υλικών.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/carbon-nanotubes-make-optical-sensor-flexible-and-ultrathin/