Koolstofnanobuisjes maken optische sensoren flexibel en ultradun – Physics World

Er is een flexibele, ultradunne optische sensor onthuld die koolstofnanobuisjes gebruikt om licht in elektrische signalen om te zetten Rei Kawabata en collega's. Het team van de Japanse Osaka University zegt dat hun apparaat zou kunnen leiden tot betere optische beeldtechnologieën.

Optische sensoren spelen een cruciale rol in moderne beeldtechnologieën. Tot nu toe hebben conventionele sensoren grotendeels vertrouwd op conventionele halfgeleidende elementen om licht in elektrische signalen om te zetten. Om schade te voorkomen, worden deze apparaten echter meestal op dikke, stevige planken gemonteerd, waardoor de vormen van de oppervlakken die ze van dichtbij kunnen weergeven beperkt worden.

Om dit probleem te overwinnen zijn onderzoekers begonnen met het verkennen van de mogelijkheden van plaatvormige sensoren gemaakt van flexibele organische materialen. In principe kunnen deze sensoren zich rond complexere oppervlakken wikkelen en deze ongeacht hun vorm in beeld brengen. Toch zijn deze sensoren tot nu toe nog niet in de buurt gekomen van de capaciteiten van hun meer rigide, anorganische tegenhangers.

Onstabiele transistoren

"De detectiebandbreedte van conventionele optische sensoren van het bladtype is smal", legt Osaka's uit Teppei Araki. “Dit maakt het moeilijk voor hen om elektromagnetische golven met een lange golflengte (infrarood tot terahertz) te detecteren die nodig zijn voor thermische en chemische analyse.” Bovendien is het bekend dat de flexibele organische transistors die nodig zijn voor hun werking instabiel worden wanneer ze worden bestraald met licht.

Om deze uitdagingen het hoofd te bieden, keek het team naar de unieke eigenschappen van koolstofnanobuisjes. Ze zijn niet alleen zeer flexibel; hun unieke moleculaire structuur maakt ze ook uitstekend in het omzetten van licht in elektrische energie.

Om deze voordelen te benutten, ontwikkelden de onderzoekers een techniek voor het printen van koolstofnanobuisjes-fotodetectoren op dunnefilmsubstraten. De nanobuisjes werden gedoteerd met chemicaliën om hun gevoeligheid voor licht verder te verbeteren.

Fotosensorblad

“Door koolstofnanobuisfotodetectoren en organische transistors te integreren in een array op een ultradun polymeersubstraat, hebben we een fotosensor van het bladtype ontwikkeld die stabiliteit, flexibiliteit en hoge gevoeligheid vertoont bij kamertemperatuur en in de lucht”, zegt Araki.

Het team ontdekte dat de sensoren zeer efficiënt zijn in het detecteren van een breed spectrum, van zichtbaar licht tot terahertzstraling. Door een afschermingsstructuur te integreren – die de flexibiliteit niet in gevaar bracht – zorgden ze er ook voor dat de flexibele transistors van het apparaat betrouwbaar bleven werken onder bestraald licht. Hierdoor kon het apparaat sensorsignalen met een factor 10 versterken.

Het apparaat wordt beschreven als een zeer flexibele lichtsensor die geschikt is voor een breed scala aan beeldvormingstoepassingen. “We hebben een dunne en zachte optische sensor ontwikkeld die het te meten object niet beschadigt”, beschrijft Araki.

Bluetooth-integratie

Het team integreerde vervolgens een Bluetooth-module met sensor, waardoor het apparaat op afstand kan worden gebruikt.

Ultradunne flexibele zonnecellen krijgen een efficiëntieboost

“We hebben een draadloos meetsysteem gerealiseerd dat niet alleen licht gemakkelijk kan detecteren en in beeld kan brengen, maar ook elektromagnetische golven die verband houden met warmte en moleculen”, zegt Araki.

De onderzoekers gebruikten een prototype van hun sensor in twee succesvolle demonstraties. Eén daarvan betrof het voelen van de warmte die door menselijke vingers wordt afgegeven; en de andere betrokken zijn het monitoren van een warme suikeroplossing terwijl deze door een dunne buis stroomde. Het team laat ook zien dat hun apparaat zeer duurzaam is, omdat het goed presteerde nadat het tot een bal was verkreukeld.

Ze willen het apparaat nu verbeteren, zodat het in een breed scala aan toepassingen kan worden gebruikt. “Ons draadloze meetsysteem breidt de mogelijkheden van niet-destructieve testmethoden uit”, zegt Araki. “Dit kunnen onder meer contactloze beeldvorming en eenvoudige evaluaties van de vloeistofkwaliteit zijn, zonder dat er monsters hoeven te worden verzameld. Er wordt ook verwacht dat het zal worden gebruikt in draagbare apparaten en draagbare beeldapparatuur.”

Het onderzoek is beschreven in Geavanceerde materialen.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/carbon-nanotubes-make-optical-sensor-flexible-and-ultrathin/