Nanotubos de carbono tornam o sensor óptico flexível e ultrafino – Physics World

Um sensor óptico ultrafino e flexível que usa nanotubos de carbono para converter luz em sinais elétricos foi revelado por Rei Kawabata e colegas. A equipe da Universidade de Osaka, no Japão, afirma que seu dispositivo pode levar a melhores tecnologias de imagem óptica.

Os sensores ópticos desempenham um papel vital nas modernas tecnologias de imagem. Até agora, os sensores convencionais têm dependido amplamente de elementos semicondutores convencionais para converter luz em sinais elétricos. Para evitar danos, no entanto, estes dispositivos tendem a ser montados em placas grossas e resistentes, limitando as formas das superfícies que conseguem visualizar de perto.

Para superar o problema, os pesquisadores começaram a explorar as possibilidades apresentadas pelos sensores do tipo folha feitos de materiais orgânicos flexíveis. Em princípio, esses sensores podem envolver superfícies mais complexas e gerá-las independentemente de seu formato. No entanto, até agora, estes sensores não chegaram nem perto de igualar as capacidades dos seus homólogos inorgânicos mais rígidos.

Transistores instáveis

“A largura de banda de detecção dos sensores ópticos convencionais do tipo folha é estreita”, explica o pesquisador de Osaka. Teppei Araki. “Isso torna difícil para eles detectar ondas eletromagnéticas de longo comprimento de onda (infravermelho a terahertz) necessárias para análises térmicas e químicas.” Além disso, sabe-se que os transistores orgânicos flexíveis necessários para sua operação se tornam instáveis ​​quando irradiados pela luz.

Para superar esses desafios, a equipe olhou para as propriedades únicas dos nanotubos de carbono. Eles não são apenas altamente flexíveis; sua estrutura molecular única também os torna excelentes na conversão de luz em energia elétrica.

Para explorar essas vantagens, os pesquisadores desenvolveram uma técnica para imprimir fotodetectores de nanotubos de carbono em substratos de película fina. Os nanotubos foram dopados com produtos químicos para melhorar ainda mais sua sensibilidade à luz.

Folha fotossensor

“Ao integrar fotodetectores de nanotubos de carbono e transistores orgânicos em uma matriz em um substrato de polímero ultrafino, desenvolvemos um fotossensor tipo folha que apresenta estabilidade, flexibilidade e alta sensibilidade à temperatura ambiente e ao ar”, diz Araki.

A equipe descobriu que seus sensores são muito eficientes na detecção em um amplo espectro, desde a luz visível até a radiação terahertz. Ao integrar uma estrutura de blindagem – que não comprometeu a flexibilidade – eles também garantiram que os transistores flexíveis do dispositivo continuassem a operar de forma confiável quando irradiados com luz. Isso permitiu que o dispositivo amplificasse os sinais do sensor por um fator de 10.

O dispositivo é descrito como um sensor de luz altamente flexível, adequado para uma ampla gama de aplicações de imagem. “Desenvolvemos um sensor óptico tipo folha fina e macia que não danifica o objeto a ser medido”, descreve Araki.

Integração Bluetooth

A equipe então integrou um módulo Bluetooth com sensor, o que significa que o dispositivo pode ser usado remotamente.

Células solares flexíveis ultrafinas obtêm um aumento de eficiência

“Conseguimos criar um sistema de medição sem fio que pode facilmente detectar e gerar imagens não apenas da luz, mas também de ondas eletromagnéticas relacionadas ao calor e às moléculas”, diz Araki.

Os pesquisadores usaram um protótipo de seu sensor em duas demonstrações bem-sucedidas. Um envolvia sentir o calor emitido pelos dedos humanos; e o outro envolvido envolve o monitoramento de uma solução de açúcar quente enquanto ela flui através de um tubo fino. A equipe também mostra que seu aparelho é altamente durável porque teve um bom desempenho depois de ser amassado em uma bola.

Eles agora pretendem melhorar o dispositivo para que possa ser usado em uma ampla gama de aplicações. “Nosso sistema de medição sem fio amplia as possibilidades de métodos de testes não destrutivos”, diz Araki. “Isso poderia incluir imagens sem contato e avaliações simples da qualidade do líquido, sem a necessidade de coletar amostras. Também se espera que seja usado em dispositivos vestíveis e dispositivos portáteis de imagem.”

A pesquisa é descrita em Materiais avançados.

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