Ученые из корейского Института науки и технологий Тэгу Кёнбук, Ульсанского национального института науки и технологий (UNIST) и Сеульского национального университета совершили прорыв: они создали самый мощный в мире экологически чистый фотосенсор на квантовых точках, работающий без внешнего источника питания.
Исследование подтвердило, что благодаря использованию фотоэлектрического эффекта он может надежно измерять световые сигналы, не завися от внешнего источника питания.
Группа ученых разработала прикрепляемый к коже, удивительно тонкий сенсор пульса, используя эту фотосенсорную технологию. Они представили носимый датчик пульса, способный стабильно улавливать сигналы пульса даже при различных деформациях. Эта новаторская работа была опубликована в журнале ACS Nano.
Фотосенсоры на основе кремния, несмотря на их функциональность, не получили широкого распространения в практических приложениях из-за их веса и негибкости, что приводит к дискомфорту при длительном ношении. Кроме того, их неспособность установить тесный контакт с кожей препятствует точному сбору биометрических сигналов.
Трое ученых, открывших и разработавших квантовые точки, получили в этом году Нобелевскую премию по химии. Обладая превосходными оптическими и электрическими характеристиками по сравнению с обычными полупроводниковыми материалами, квантовые точки — сверхтонкие полупроводниковые частицы размером всего в несколько нанометров — могут быстро разделять электроны и электронные дырки.
Квантовые точки стали предметом обширных исследований благодаря их быстрому времени отклика при использовании в качестве фотосенсора. Тем не менее в большинстве исследований используются квантовые точки, такие как сульфид свинца (PbS), в состав которого входят опасные тяжелые металлы, а толщина большинства существующих фотосенсоров на основе квантовых точек превышает несколько микрометров. Поэтому на практике точки не могут быть использованы в качестве носимых фотосенсоров.
Теперь команда исследователей создала сверхпроизводительный фотосенсор на основе экологически безопасных квантовых точек, не содержащих тяжелых металлов, на основе селенида меди-индия (Cu-In-Se).
Общеизвестно, что экологически чистые фотосенсоры на основе квантовых точек работают плохо. Несмотря на эти проблемы, группа исследователей успешно улучшила электрические характеристики экологически чистых квантовых точек, тщательно подобрав их размер и состав. Они также разработали новый гибридный органическо-неорганический слой переноса заряда, специально адаптированный для этих точек, и создали экологически чистый фотосенсор на основе квантовых точек, превосходящий по своим характеристикам существующие аналоги на основе токсичных квантовых точек.
Даже при толщине поглощающего слоя квантовой точки в 40 нанометров экологически чистый фотосенсор на квантовой точке демонстрирует отличные характеристики. Кроме того, он отлично справляется со светочувствительностью, не требуя дополнительного источника питания. Эти две характеристики могут оказаться очень полезными для применения и использования носимых фотосенсоров.
Фотосенсор, изготовленный на гибкой полимерной подложке, в сочетании с источником света используется командой исследователей для создания носимого датчика пульса. Прикрепленный к телу человека, датчик способен стабильно работать в пределах радиуса кривизны 0,5 мм. Он также способен стабильно измерять пульс при различных движениях, включая ходьбу и спринтерский бег.
Источник: AZO Sensors