Nowe ultracienkie czujniki optyczne wykonane z nanorurek węglowych i elementów organicznych mogą przyczynić się do stworzenia rewolucyjnych urządzeń.
W ciągu ostatnich kilku dekad nastąpił zdumiewający postęp w technologii obrazowania, od szybkich czujników optycznych przetwarzających ponad dwa miliony klatek na sekundę po maleńkie kamery bez obiektywu rejestrujące obrazy przy użyciu pojedynczego piksela. W badaniu opublikowanym w Advanced Materials naukowcy z SANKEN (Instytutu Badań Naukowych i Przemysłowych) na Uniwersytecie w Osace opracowali czujnik optyczny na ultracienkim, elastycznym arkuszu, który można zginać bez powodowania pękania materiału. Tak naprawdę ten czujnik jest na tyle elastyczny, że będzie działał nawet po zgnieceniu go w kulkę.
W aparacie czujnik optyczny to urządzenie wykrywające światło przechodzące przez soczewkę, podobnie jak siatkówka w ludzkim oku.
„Konwencjonalne czujniki optyczne zbudowane są z półprzewodników nieorganicznych i materiałów ferroelektrycznych” – mówi Rei Kawabata. „To sprawia, że czujniki są sztywne i nie mogą się zginać. Aby uniknąć tego problemu, przyjrzeliśmy się innemu sposobowi wykrywania światła”.
Zamiast tradycyjnych czujników światła badacze wykorzystują szereg maleńkich fotodetektorów z nanorurek węglowych wydrukowanych na ultracienkim podłożu polimerowym (mniejszym niż 5 μm). Pod wpływem światła nanorurki węglowe nagrzewają się, tworząc gradient termiczny, który następnie generuje sygnał napięciowy.
Domieszkowanie nanorurek nośnikami chemicznymi podczas drukowania dodatkowo zwiększa ich czułość. Za pomocą tych nanorurek można mierzyć światło widzialne i podczerwone, np. związane z ciepłem lub cząsteczkami.
Oprócz czujników z nanorurek węglowych na podłożu polimerowym drukowane są także tranzystory organiczne, które organizują sygnały napięciowe w sygnał obrazu. Aby odczytać ten sygnał, komputer nie musi być fizycznie podłączony przewodami do czujnika. Zamiast tego używany jest bezprzewodowy moduł Bluetooth.
„Wraz z tym systemem bezprzewodowym nasz rejestrator może przyczepiać miękkie i zakrzywione przedmioty w celu analizy ich powierzchni lub wnętrza, nie uszkadzając ich” – mówi Teppei Araki.
Naukowcy zbudowali prototyp arkuszowego czujnika optycznego i przetestowali jego zdolność do wykrywania ciepła pochodzącego z obiektów takich jak ludzkie palce lub przewody, a także glukozy przepływającej przez rurki. Odkryli, że czujnik optyczny ma wysoką czułość w szerokim zakresie długości fal. Ponadto badania wykazały, że w temperaturze pokojowej i warunkach atmosferycznych charakteryzuje się dużą wytrzymałością na zginanie i sprawdza się nawet po zgnieceniu.
Wyjątkowe zalety tego bezprzewodowego systemu pomiarowego i arkuszowego czujnika optycznego umożliwią nowe i prostsze sposoby wykonywania wielu zadań, takich jak ocena jakości cieczy bez konieczności jej pobierania. Naukowcy uważają, że jest to bardzo obiecujące w wielu zastosowaniach, takich jak obrazowanie nieniszczące, urządzenia do noszenia i miękka robotyka.
Więcej informacji: Rei Kawabata et al, Ultraflexible Wireless Imager Integrated with Organic Circuits for Broadband Infrared Thermal Analysis, Advanced Materials (2024). DOI: 10.1002/adma.202309864
➔ Obserwuj nas w Google News, aby być na bieżąco!
źródło: Osaka University | Phys.org
Od 2005 roku zajmuję się komunikacją internetową i e-marketingiem, jestem pasjonatem urządzeń mobilnych oraz nowych technologii – i nie waham się ich używać.