צינורות פחמן הופכים את החיישן האופטי לגמיש ודק במיוחד - עולם הפיזיקה

חיישן אופטי גמיש ודק במיוחד המשתמש בצינורות פחמן להמרת אור לאותות חשמליים נחשף על ידי ריי קוואבאטה ועמיתיו. הצוות באוניברסיטת אוסקה ביפן אומר שהמכשיר שלהם יכול להוביל לטכנולוגיות הדמיה אופטית טובות יותר.

חיישנים אופטיים ממלאים תפקיד חיוני בטכנולוגיות הדמיה מודרניות. עד כה, חיישנים קונבנציונליים הסתמכו באופן נרחב על אלמנטים מוליכים למחצה קונבנציונליים כדי להמיר אור לאותות חשמליים. עם זאת, כדי למנוע נזק, מכשירים אלה נוטים להיות מורכבים על לוחות עבים ויציבים, מה שמגביל את צורות המשטחים שהם מסוגלים לצלם מקרוב.

כדי להתגבר על הבעיה, חוקרים החלו לבחון את האפשרויות שמציגות חיישנים מסוג גיליון העשויים מחומרים אורגניים גמישים. באופן עקרוני, חיישנים אלו יכולים לעטוף משטחים מורכבים יותר ולדמות אותם ללא קשר לצורתם. עם זאת, עד כה, חיישנים אלה לא התקרבו ליכולות של עמיתיהם הנוקשים והאי-אורגניים יותר.

טרנזיסטורים לא יציבים

"רוחב הפס הזיהוי של חיישנים אופטיים רגילים מסוג גיליון הוא צר", מסביר אוסקה טפי עראקי. "זה מקשה עליהם לזהות גלים אלקטרומגנטיים באורך גל ארוך (אינפרא אדום עד טרה-הרץ) הדרושים לניתוח תרמי וכימי." נוסף על כך, ידוע שהטרנזיסטורים האורגניים הגמישים הנדרשים לפעולתם הופכים לא יציבים כשהם מוקרנים באור.

כדי להתגבר על האתגרים הללו, הצוות הסתכל על התכונות הייחודיות של ננו-צינוריות פחמן. לא רק שהם גמישים מאוד; המבנה המולקולרי הייחודי שלהם הופך אותם גם למצוינים בהמרת אור לאנרגיה חשמלית.

כדי לנצל את היתרונות הללו, החוקרים פיתחו טכניקה להדפסת גלאי פוטו של ננו-צינורות פחמן על גבי מצעי סרט דק. הננו-צינורות היו מסוממים בכימיקלים כדי לשפר עוד יותר את רגישותם לאור.

גיליון Photosensor

"על ידי שילוב גלאי פוטו של ננו-צינורות פחמן וטרנזיסטורים אורגניים במערך על מצע פולימרי דק במיוחד, פיתחנו חיישן פוטו מסוג גיליון המפגין יציבות, גמישות ורגישות גבוהה בטמפרטורת החדר ובאוויר", אומר ארקי.

הצוות מצא שהחיישנים שלו יעילים מאוד בזיהוי על פני ספקטרום רחב מאור נראה לקרינת טרה-הרץ. על ידי שילוב של מבנה מיגון – שלא התפשר על הגמישות – הם גם הבטיחו שהטרנזיסטורים הגמישים של המכשיר ימשיכו לפעול בצורה אמינה כאשר מקרינים אור. זה אפשר למכשיר להגביר את אותות החיישנים בפקטור של 10.

המכשיר מתואר כחיישן אור גמיש ביותר המתאים למגוון רחב של יישומי הדמיה. "פיתחנו חיישן אופטי דק ורך מסוג גיליון שאינו פוגע באובייקט הנמדד", מתאר עראקי.

שילוב בלוטות'

לאחר מכן, הצוות שילב מודול בלוטות' עם חיישן, מה שאומר שניתן להשתמש במכשיר מרחוק.

תאים סולאריים גמישים דקים במיוחד מקבלים חיזוק יעילות

"השגנו מערכת מדידה אלחוטית שיכולה לזהות ולדמות בקלות לא רק אור, אלא גם גלים אלקטרומגנטיים הקשורים לחום ולמולקולות", אומר ארקי.

החוקרים השתמשו באב טיפוס של החיישן שלהם בשתי הדגמות מוצלחות. אחד מהם כלל חישת החום המופק מאצבעות אדם; והמעורבים האחרים כוללים ניטור תמיסת סוכר חמה כשהיא זורמת דרך צינור דק. הצוות גם מראים שהמכשיר שלהם עמיד מאוד מכיוון שהוא פעל היטב לאחר שקמט אותו לכדור.

כעת הם שואפים לשפר את המכשיר כך שניתן יהיה להשתמש בו במגוון רחב של יישומים. "מערכת המדידה האלחוטית שלנו מרחיבה את האפשרויות של שיטות בדיקה לא הרסניות", אומר ארקי. "אלה יכולים לכלול הדמיה ללא מגע, והערכות איכות נוזלים פשוטות ללא צורך באיסוף דגימות. הוא צפוי לשמש גם במכשירים לבישים ובמכשירי הדמיה ניידים".

המחקר מתואר ב חומרים מתקדמים.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/carbon-nanotubes-make-optical-sensor-flexible-and-ultrathin/