Organisk elektronik fører til nye måder at føle lys på

De sidste par årtier har set forbløffende fremskridt inden for billedteknologi, fra højhastigheds optiske sensorer, der behandler over to millioner billeder i sekundet til små objektivløse kameraer, der optager billeder ved hjælp af en enkelt pixel.

I en undersøgelse offentliggjort i Advanced Materials , har forskere fra SANKEN (The Institute of Scientific and Industrial Research), ved Osaka University udviklet en optisk sensor på et ultratyndt, fleksibelt ark, der kan bøjes uden at gå i stykker. Faktisk er denne sensor så fleksibel, at den fungerer, selv efter den er blevet krøllet sammen til en kugle.

I et kamera er den optiske sensor den enhed, der registrerer lyset, der er passeret gennem en linse, svarende til nethinden inde i et menneskeligt øje.

"Konventionelle optiske sensorer er bygget ved hjælp af uorganiske halvledere og ferroelektriske materialer," siger Rei Kawabata, hovedforfatter af undersøgelsen. "Dette gør sensorerne stive og ude af stand til at bøje. For at undgå dette problem har vi set på en anden måde at detektere lys på."

I stedet for traditionelle lyssensorer bruger forskerne en række små kulstof-nanorør-fotodetektorer printet på et ultratyndt polymersubstrat (mindre end 5 μm). Når de udsættes for lys, varmes kulstofnanorørene op, hvilket skaber en termisk gradient, der derefter genererer et spændingssignal.

Doping af nanorørene med kemiske bærere under udskrivning øger deres følsomhed yderligere. Ved hjælp af disse nanorør kan synligt lys såvel som infrarødt lys, såsom dem, der er relateret til varme eller molekyler, måles.

Sammen med carbon nanorør-sensorerne er organiske transistorer også trykt på polymersubstratet for at organisere spændingssignalerne til et billedsignal. For at læse dette signal behøver en computer ikke at være fysisk forbundet med ledninger til sensoren. I stedet bruges et trådløst Bluetooth-modul.

"Sammen med dette trådløse system kan vores imager fastgøre bløde og buede objekter for at analysere deres overflader eller inderside uden at beskadige dem," siger Teppei Araki, seniorforfatter af undersøgelsen.

Forskerne byggede en prototype af den optiske sensor af arktypen og testede dens evne til at føle varme fra genstande som menneskelige fingre eller ledninger samt glukose, der strømmer gennem rør. De fandt ud af, at den optiske sensor har høj følsomhed over en bred vifte af bølgelængder. Desuden viste tests ved stuetemperatur og atmosfæriske forhold, at den har høj bøjningsholdbarhed og fungerede, selv efter at den var krøllet.

De unikke fordele ved dette trådløse målesystem og den optiske sensor af arktypen vil føre til nye og enklere måder at udføre mange opgaver på, såsom evaluering af væskens kvalitet uden at skulle prøve den. Forskerne mener, at det er lovende i mange applikationer såsom ikke-destruktiv billeddannelse, bærbare enheder og blød robotteknologi.

Flere oplysninger: Rei Kawabata et al., Ultraflexible Wireless Imager integreret med organiske kredsløb til bredbånds infrarød termisk analyse, avancerede materialer (2024). DOI:10.1002/adma.202309864

Journaloplysninger: Avanceret materiale

Leveret af Osaka University