Les nanotubes de carbone rendent le capteur optique flexible et ultra fin – Physics World

Un capteur optique flexible et ultrafin qui utilise des nanotubes de carbone pour convertir la lumière en signaux électriques a été dévoilé par Rei Kawabata et ses collègues. L'équipe de l'Université japonaise d'Osaka affirme que leur appareil pourrait conduire à de meilleures technologies d'imagerie optique.

Les capteurs optiques jouent un rôle essentiel dans les technologies d’imagerie modernes. Jusqu’à présent, les capteurs conventionnels s’appuyaient largement sur des éléments semi-conducteurs classiques pour convertir la lumière en signaux électriques. Toutefois, pour éviter tout dommage, ces appareils ont tendance à être montés sur des planches épaisses et robustes, limitant ainsi la forme des surfaces qu'ils peuvent visualiser de près.

Pour surmonter ce problème, les chercheurs ont commencé à explorer les possibilités offertes par les capteurs en forme de feuille fabriqués à partir de matériaux organiques flexibles. En principe, ces capteurs peuvent envelopper des surfaces plus complexes et les imager quelle que soit leur forme. Pourtant, jusqu’à présent, ces capteurs sont loin d’égaler les capacités de leurs homologues inorganiques plus rigides.

Transistors instables

"La bande passante de détection des capteurs optiques conventionnels en forme de feuille est étroite", explique le chercheur d'Osaka. Teppei Araki. "Cela rend difficile la détection des ondes électromagnétiques de grande longueur d'onde (infrarouge jusqu'au térahertz) nécessaires à l'analyse thermique et chimique." De plus, on sait que les transistors organiques flexibles nécessaires à leur fonctionnement deviennent instables lorsqu’ils sont irradiés par la lumière.

Pour surmonter ces défis, l’équipe s’est penchée sur les propriétés uniques des nanotubes de carbone. Non seulement ils sont très flexibles ; leur structure moléculaire unique les rend également excellents pour convertir la lumière en énergie électrique.

Pour exploiter ces avantages, les chercheurs ont développé une technique d'impression de photodétecteurs à nanotubes de carbone sur des substrats en couches minces. Les nanotubes ont été dopés avec des produits chimiques pour améliorer encore leur sensibilité à la lumière.

Feuille de photocapteur

"En intégrant des photodétecteurs à nanotubes de carbone et des transistors organiques dans un réseau sur un substrat polymère ultra-mince, nous avons développé un photocapteur de type feuille qui présente une stabilité, une flexibilité et une sensibilité élevée à température ambiante et dans l'air", explique Araki.

L’équipe a constaté que ses capteurs sont très efficaces pour détecter un large spectre allant de la lumière visible au rayonnement térahertz. En intégrant une structure de blindage – qui ne compromettait pas la flexibilité – ils ont également assuré que les transistors flexibles du dispositif continuaient à fonctionner de manière fiable lorsqu'ils étaient irradiés par la lumière. Cela a permis à l'appareil d'amplifier les signaux des capteurs d'un facteur 10.

Le dispositif est décrit comme un capteur de lumière extrêmement flexible, adapté à un large éventail d’applications d’imagerie. «Nous avons développé un capteur optique en forme de feuille fine et souple qui n'endommage pas l'objet à mesurer», décrit Araki.

Intégration Bluetooth

L'équipe a ensuite intégré un module Bluetooth avec capteur, ce qui permet d'utiliser l'appareil à distance.

Les cellules solaires flexibles ultra fines gagnent en efficacité

«Nous avons réalisé un système de mesure sans fil capable de détecter et d'imager facilement non seulement la lumière, mais également les ondes électromagnétiques liées à la chaleur et aux molécules», explique Araki.

Les chercheurs ont utilisé un prototype de leur capteur dans deux démonstrations réussies. L’une impliquait de détecter la chaleur dégagée par les doigts humains ; et l'autre implique de surveiller une solution de sucre chaude alors qu'elle s'écoule à travers un tube mince. L’équipe montre également que leur appareil est très durable car il fonctionne bien après avoir été froissé en boule.

Ils visent désormais à améliorer l’appareil afin qu’il puisse être utilisé dans un large éventail d’applications. « Notre système de mesure sans fil étend les possibilités des méthodes de contrôle non destructifs », explique Araki. « Celles-ci pourraient inclure l’imagerie sans contact et de simples évaluations de la qualité des liquides sans qu’il soit nécessaire de collecter des échantillons. Il devrait également être utilisé dans les appareils portables et les appareils d’imagerie portables.

La recherche est décrite dans Matériaux avancés.

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• La source: https://physicsworld.com/a/carbon-nanotubes-make-optical-sensor-flexible-and-ultrathin/