I nanotubi di carbonio rendono il sensore ottico flessibile e ultrasottile – Physics World

È stato presentato un sensore ottico flessibile e ultrasottile che utilizza nanotubi di carbonio per convertire la luce in segnali elettrici Rei Kawabata e colleghi. Il team dell'Università giapponese di Osaka afferma che il loro dispositivo potrebbe portare a migliori tecnologie di imaging ottico.

I sensori ottici svolgono un ruolo fondamentale nelle moderne tecnologie di imaging. Finora, i sensori convenzionali hanno ampiamente fatto affidamento su elementi semiconduttori convenzionali per convertire la luce in segnali elettrici. Per evitare danni, tuttavia, questi dispositivi tendono ad essere montati su tavole spesse e robuste, limitando le forme delle superfici che sono in grado di riprendere da vicino.

Per superare il problema, i ricercatori hanno iniziato a esplorare le possibilità offerte dai sensori a forma di foglio realizzati con materiali organici flessibili. In linea di principio, questi sensori possono avvolgere superfici più complesse e visualizzarle indipendentemente dalla loro forma. Eppure finora questi sensori non si sono avvicinati alle capacità delle loro controparti più rigide e inorganiche.

Transistor instabili

"La larghezza di banda di rilevamento dei tradizionali sensori ottici a foglio è ridotta", spiega Osaka Teppei Araki. “Ciò rende difficile per loro rilevare le onde elettromagnetiche a lunga lunghezza d’onda (dagli infrarossi ai terahertz) necessarie per l’analisi termica e chimica”. Inoltre, è noto che i transistor organici flessibili necessari per il loro funzionamento diventano instabili se irradiati dalla luce.

Per superare queste sfide, il team ha esaminato le proprietà uniche dei nanotubi di carbonio. Non solo sono altamente flessibili; la loro struttura molecolare unica li rende inoltre eccellenti nel convertire la luce in energia elettrica.

Per sfruttare questi vantaggi, i ricercatori hanno sviluppato una tecnica per stampare fotorilevatori di nanotubi di carbonio su substrati a pellicola sottile. I nanotubi sono stati drogati con sostanze chimiche per migliorare ulteriormente la loro sensibilità alla luce.

Foglio del fotosensore

“Integrando fotorilevatori di nanotubi di carbonio e transistor organici in una serie su un substrato polimerico ultrasottile, abbiamo sviluppato un fotosensore a forma di foglio che mostra stabilità, flessibilità ed elevata sensibilità a temperatura ambiente e nell’aria”, afferma Araki.

Il team ha scoperto che i suoi sensori sono molto efficienti nel rilevamento attraverso un ampio spettro, dalla luce visibile alla radiazione terahertz. Integrando una struttura di schermatura, che non compromette la flessibilità, hanno anche assicurato che i transistor flessibili del dispositivo continuassero a funzionare in modo affidabile quando veniva irradiata la luce. Ciò ha consentito al dispositivo di amplificare i segnali dei sensori di un fattore 10.

Il dispositivo è descritto come un sensore di luce altamente flessibile, adatto per un'ampia gamma di applicazioni di imaging. "Abbiamo sviluppato un sensore ottico sottile e morbido che non danneggia l'oggetto da misurare", spiega Araki.

Integrazione Bluetooth

Il team ha poi integrato un modulo Bluetooth con sensore, il che significa che il dispositivo può essere utilizzato da remoto.

Le celle solari flessibili ultrasottili ottengono un aumento di efficienza

“Abbiamo realizzato un sistema di misurazione wireless in grado di rilevare e visualizzare facilmente non solo la luce, ma anche le onde elettromagnetiche legate al calore e alle molecole”, afferma Araki.

I ricercatori hanno utilizzato un prototipo del loro sensore in due dimostrazioni di successo. Uno prevedeva la percezione del calore emesso dalle dita umane; e l'altro prevede il monitoraggio di una soluzione zuccherina calda mentre scorreva attraverso un tubo sottile. Il team ha anche dimostrato che il loro dispositivo è estremamente durevole perché ha funzionato bene dopo essere stato accartocciato fino a diventare una palla.

Ora mirano a migliorare il dispositivo in modo che possa essere utilizzato in un’ampia gamma di applicazioni. "Il nostro sistema di misurazione wireless amplia le possibilità dei metodi di test non distruttivi", afferma Araki. “Questi potrebbero includere imaging senza contatto e semplici valutazioni della qualità dei liquidi senza la necessità di raccogliere campioni. Si prevede che verrà utilizzato anche in dispositivi indossabili e dispositivi di imaging portatili”.

La ricerca è descritta in Materiale avanzato.

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