Nanorurki węglowe sprawiają, że czujnik optyczny jest elastyczny i ultracienki – Świat Fizyki

Zaprezentowano elastyczny, ultracienki czujnik optyczny wykorzystujący nanorurki węglowe do przekształcania światła na sygnały elektryczne Rei Kawabata i współpracownicy. Zespół z japońskiego uniwersytetu w Osace twierdzi, że ich urządzenie może przyczynić się do opracowania lepszych technologii obrazowania optycznego.

Czujniki optyczne odgrywają kluczową rolę w nowoczesnych technologiach obrazowania. Jak dotąd konwencjonalne czujniki w dużej mierze opierały się na konwencjonalnych elementach półprzewodnikowych do przekształcania światła na sygnały elektryczne. Aby jednak uniknąć uszkodzeń, urządzenia te są zwykle montowane na grubych, solidnych płytach, co ogranicza kształty powierzchni, które mogą obrazować z bliska.

Aby przezwyciężyć ten problem, badacze zaczęli badać możliwości, jakie dają czujniki arkuszowe wykonane z elastycznych materiałów organicznych. Zasadniczo czujniki te mogą owijać się wokół bardziej złożonych powierzchni i obrazować je niezależnie od ich kształtu. Jednak jak dotąd czujniki te nie zbliżyły się do możliwości swoich sztywniejszych, nieorganicznych odpowiedników.

Niestabilne tranzystory

„Pasmo wykrywania konwencjonalnych czujników optycznych typu arkuszowego jest wąskie” – wyjaśnia Osaka Teppei Araki. „To utrudnia im wykrycie fal elektromagnetycznych o dużej długości (od podczerwieni do teraherców) potrzebnych do analizy termicznej i chemicznej”. Ponadto wiadomo, że elastyczne tranzystory organiczne wymagane do ich działania stają się niestabilne pod wpływem napromieniowania światłem.

Aby pokonać te wyzwania, zespół przyjrzał się unikalnym właściwościom nanorurek węglowych. Są nie tylko bardzo elastyczne; ich unikalna struktura molekularna sprawia, że ​​doskonale przekształcają światło w energię elektryczną.

Aby wykorzystać te zalety, badacze opracowali technikę drukowania fotodetektorów z nanorurek węglowych na podłożach cienkowarstwowych. Nanorurki domieszkowano substancjami chemicznymi, aby jeszcze bardziej poprawić ich wrażliwość na światło.

Arkusz fotosensora

„Łącząc fotodetektory z nanorurek węglowych i tranzystory organiczne w układzie na ultracienkim podłożu polimerowym, opracowaliśmy fotosensor arkuszowy, który wykazuje stabilność, elastyczność i wysoką czułość w temperaturze pokojowej i w powietrzu” – mówi Araki.

Zespół odkrył, że jego czujniki są bardzo skuteczne w wykrywaniu w szerokim spektrum, od światła widzialnego po promieniowanie terahercowe. Integrując strukturę ekranującą – która nie ograniczała elastyczności – zapewniono także, że elastyczne tranzystory urządzenia będą nadal działać niezawodnie nawet w przypadku napromieniowania światłem. Umożliwiło to urządzeniu 10-krotne wzmocnienie sygnałów czujnika.

Urządzenie opisano jako wysoce elastyczny czujnik światła, który nadaje się do szerokiego zakresu zastosowań związanych z obrazowaniem. „Opracowaliśmy czujnik optyczny w postaci cienkiego i miękkiego arkusza, który nie uszkadza mierzonego obiektu” – opisuje Araki.

Integracja Bluetooth

Następnie zespół zintegrował moduł Bluetooth z czujnikiem, co oznacza, że ​​z urządzenia można korzystać zdalnie.

Ultracienkie elastyczne ogniwa słoneczne uzyskują wzrost wydajności

„Stworzyliśmy bezprzewodowy system pomiarowy, który z łatwością wykrywa i obrazuje nie tylko światło, ale także fale elektromagnetyczne związane z ciepłem i cząsteczkami” – mówi Araki.

Naukowcy wykorzystali prototyp swojego czujnika w dwóch udanych demonstracjach. Jeden polegał na wyczuwaniu ciepła wydzielanego przez ludzkie palce; drugi polega na monitorowaniu ciepłego roztworu cukru przepływającego przez cienką rurkę. Zespół pokazał też, że ich urządzenie jest bardzo wytrzymałe, bo dobrze radzi sobie po zgnieceniu w kulkę.

Obecnie dążą do ulepszenia urządzenia, aby można było go używać w szerokim zakresie zastosowań. „Nasz bezprzewodowy system pomiarowy rozszerza możliwości metod badań nieniszczących” – mówi Araki. „Mogą one obejmować obrazowanie bezkontaktowe i prostą ocenę jakości cieczy bez konieczności pobierania próbek. Oczekuje się, że będzie on również stosowany w urządzeniach do noszenia i przenośnych urządzeniach do przetwarzania obrazu.

Badania opisano w Zaawansowane materiały.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
• PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• PlatonESG. Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
• Platon Zdrowie. Inteligencja w zakresie biotechnologii i badań klinicznych. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/carbon-nanotubes-make-optical-sensor-flexible-and-ultrathin/