A Silver Nanowire Web: ingenieurs ontwikkelen een nieuwe transparante elektrode voor infraroodcamera’s

Infraroodbeeldvorming helpt ons om dingen te zien die het menselijk oog niet kan. De technologie – die zichtbare lichaamswarmte, gaslekken of watergehalte kan maken, zelfs door rook of duisternis – wordt gebruikt in militaire toezicht, zoek- en reddingsmissies, toepassingen in de gezondheidszorg en zelfs in autonome voertuigen.

Deze mogelijkheden hebben echter een technische uitdaging. Infraroodcamera’s hebben elektrische contacten nodig om de beelden die ze detecteren vast te leggen en te verzenden. De meeste materialen die elektrische signalen kunnen uitvoeren, blokkeren ook de meeste infraroodstraling van het bereiken van de sensor, waardoor een fundamenteel conflict ontstaat tussen het zien van infraroodlicht en het hebben van de elektrische verbindingen die nodig zijn om die informatie te verwerken.

Om dit op te lossen, hebben onderzoekers van de NYU Tandon School of Engineering een transparante elektrode ontwikkeld gemaakt van het inbedden van kleine zilveren draden, vergelijkbaar in breedte aan mensenhaar, in een transparante plastic matrix die eenvoudig kan worden afgezet bovenop conventionele infrarooddetectoren.

Het onderzoek, gepubliceerd in de Journal of Materials Chemistry Cpakt een belangrijke uitdaging aan bij de productie van infrarooddetector.

“We hebben een materiaal ontwikkeld dat een fundamenteel probleem oplost dat de infrarooddetectorontwerp bepert”, zegt Ayaskanta Sahu, universitair hoofddocent aan de afdeling Chemical and Biomolecular Engineering (CBE) bij NYU Tandon en de senior auteur van de studie.

“Ons transparante elektrodenmateriaal werkt goed in het infraroodspectrum, waardoor ingenieurs meer flexibiliteit hebben in hoe ze deze apparaten bouwen.”

De onderzoekers testten hun materiaal door het in infraroodcamera’s te bouwen die colloïdale kwantumstippen gebruiken als het licht-reagerende materiaal. Dit zijn kleine ontwikkelde deeltjes die onlangs aandacht hebben gekregen voor hun gebruik in Quantum Dot -televisies en hun rol bij het verdienen van de Nobelprijs voor de chemie 2023.

Voor deze studie gebruikte de groep specifiek kleine clusters van kwik telluride, een soort kwantumstip die reageert op verschillende golflengten van infraroodlicht.

Hun nieuwe aanpak vormt een aanzienlijke verbetering ten opzichte van bestaande methoden. Traditionele infraroodfotodetectoren hebben vertrouwd op dure materialen zoals indiumtinoxide (ITO) of dunne metalen films, die transparantie verliezen bij langere infraroodgolflengten of last hebben van slechte elektrische eigenschappen en moeten star zijn.

Met een diameter van 120 nanometer en 10-30 micrometer lang, vormen de zilveren nanodraden geleidende netwerken, zelfs bij relatief lage concentraties. Wanneer ingebed in de PVA -matrix, vormen ze een zilverachtige geleidende inkt die kan worden gespoten of gesponnen op infrarooddetectoren als stabiele en flexibele films die zelfs kunnen worden vervaardigd bij de lage temperaturen die nodig zijn voor kwantumlotverwerking.

“Conventionele elektroden in de infrarood zijn als black-out gordijnen-het grootste van het signaal bereikt nooit de sensor”, zei afgestudeerde onderzoeker Shlok J. Paul, een co-auteur van de studie.

“Ons bijna onzichtbare web van zilveren nanodraden laat meer infraroodfotonen binnen tijdens het verdubbelen als de bedrading die de elektrische stroom draagt die nodig is om het onzichtbare licht in gegevens te veranderen. Hoewel er meer werk te doen is, kan de eenvoud van deze flexibele laag IR-detectie van het laboratorium van het laboratorium van het laboratorium dragen naar commerciële toepassingen of zelfdrevende auto’s.”

De onderzoekers hebben een Amerikaanse octrooiaanvraag hun methode bedekken voor het inbedden van zilveren nanodraden in een polymeermatrix voor transparante infraroodelektroden.