Højtydende quantum dot fotosensor behøver ingen ekstern strømkilde

Professor Ji-woong Yang ved Institut for Energividenskab og Teknologi, Daegu Gyeongbuk Institut for Videnskab og Teknologi, har med succes udviklet verdens højeste ydeevne miljøvenlige kvantepunktfotosensor, der ikke kræver nogen ekstern strømkilde.

Det blev bekræftet, at den miljøvenlige kvantepunktfotoniske sensor er udviklet gennem fælles forskning med professor Moon-kee Chois forskerhold ved Institut for Ny Materialeteknik, Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) og professor Dae-hyeong Kims forskerhold ved Institut for Kemi og Biomolekylær Teknik, Seoul National University (præsident Hong-lim Ryu) kan stabilt måle lyssignaler uden nogen ekstern strømkilde på grund af den fotovoltaiske effekt.

Det fælles forskerhold har også produceret en ultratynd pulssensor, der kan fastgøres på huden, baseret på denne fotosensor, og introducerede den bærbare pulssensor, der stabilt kan optage pulssignaler på trods af forskellige deformationer. Værket er publiceret i tidsskriftet ACS Nano .

I de senere år har den aldrende befolkning og COVID-19-pandemien ført til en stigende efterspørgsel efter sundhedsovervågningsudstyr, der kan fastgøres til kroppen i lang tid for at opnå biometriske signaler. Traditionelle siliciumbaserede fotosensorer er dog ikke almindeligt anvendte i praksis, fordi de er tunge og stive, hvilket gør dem ubehagelige at have på i lang tid. De kan heller ikke opnå biometriske signaler nøjagtigt, fordi de ikke kan være i tæt kontakt med huden.

Dette års Nobelpris i kemi blev tildelt tre videnskabsmænd, der opdagede og udviklede kvanteprikker, som også er kendt som nanovidenskabens frø. Kvanteprikker er ultrafine halvlederpartikler, som kun er nogle få nanometer (nm, en milliardtedel af en meter) i størrelse, og deres bedre optiske og elektriske egenskaber end traditionelle halvledermaterialer gør det muligt for dem hurtigt at adskille elektroner og elektronhuller.

Da kvanteprikker har fordelen af ​​hurtig responstid, når de bruges som fotosensor, er fotosensorforskning baseret på kvanteprikker blevet udført bredt. De fleste af de eksisterende kvanteprikkerfotosensorer er dog tykkere end et par mikrometer, og det meste af forskningen bruger kvanteprikker, såsom blysulfid (PbS), som indeholder giftige tungmetaller. Derfor kan prikkerne ikke bruges til en bærbar fotosensor i praksis.

Forskerholdet har nu med succes udviklet en ultrahøjtydende kvantepunktfotosensor baseret på de miljøvenlige kvanteprikker af kobber-indium-selenid (Cu-In-Se), som ikke indeholder tungmetaller. Det var generelt blevet accepteret, at fotosensorer baseret på miljøvenlige kvanteprikker har dårlig ydeevne. Ikke desto mindre forbedrede forskerholdet de elektriske egenskaber af miljøvenlige kvanteprikker ved at kontrollere størrelsen og sammensætningen af ​​prikkerne, udviklede et nyt organisk-uorganisk hybrid ladningsoverførselslag, som er velegnet til prikkerne, og skabte et miljøvenligt kvante. prikfotosensor, der overgår ydeevnen af ​​eksisterende giftige kvanteprikfotosensorer.

Den miljøvenlige kvanteprik-fotosensor skabt af forskerholdet viser høj enhedsydelse selv med et kvantepunktabsorptionslag på omkring 40 nanometer (nm). Ydermere viser den fremragende lysdetektionsydelse uden ekstern strømkilde. Disse to egenskaber kan tjene som en stor fordel for bærbare fotosensorapplikationer og brug.

Forskerholdet udviklede også en bærbar pulssensor ved at kombinere fotosensoren produceret på et polymerbaseret fleksibelt substrat med en lyskilde. Sensoren havde fleksibiliteten til at blive stabilt betjent selv i en krumningsradius på 0,5 millimeter (mm), og kunne stabilt måle pulsen selv i forskellige situationer, hvor der er bevægelse, såsom gang og løb, efter at være blevet fastgjort til menneskekroppen .

Professor Ji-woong Yang sagde:"Ved at kontrollere strukturen af ​​miljøvenlige kvanteprikker og udvikle et ladningsoverførselslag optimeret til prikkerne, var vi i stand til at lave en højtydende miljøvenlig kvanteprikkerfotosensor."

UNIST Professor Moon-kee Choi udtalte:"Vi var i stand til at skabe en ultratynd pulssensor med høj fleksibilitet baseret på den miljøvenlige kvantepunktfotosensor, der ikke kræver nogen ekstern strømkilde. Den kunne bruges til forskellige næste generations fotosensorapplikationer , såsom lidar- og infrarøde kameraer, samt bærbare sundhedsovervågningssystemer."

Flere oplysninger: Shi Li et al., ultratynde selvdrevne tungmetalfri Cu–In–Se Quantum Dot Photodetectors for Wearable Health Monitoring, ACS Nano (2023). DOI:10.1021/acsnano.3c05178

Journaloplysninger: ACS Nano

Leveret af Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST)