De krachtige quantum dot-fotosensor heeft geen externe voedingsbron nodig

Professor Ji-woong Yang van het Department of Energy Science and Engineering van het Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology heeft met succes ’s werelds krachtigste, milieuvriendelijke quantum dot-fotosensor ontwikkeld die geen externe stroombron nodig heeft.

Er werd bevestigd dat de milieuvriendelijke quantum dot-fotonische sensor is ontwikkeld door gezamenlijk onderzoek met het onderzoeksteam van professor Moon-kee Choi van het Department of New Materials Engineering, Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) en het onderzoeksteam van professor Dae-hyeong Kim bij de afdeling Chemische en Biomoleculaire Technologie van de Seoul National University (president Hong-lim Ryu) kan dankzij het fotovoltaïsche effect stabiel lichtsignalen worden gemeten zonder enige externe stroombron.

Het gezamenlijke onderzoeksteam heeft op basis van deze fotosensor ook een op de huid bevestigbare ultradunne polssensor geproduceerd en de draagbare polssensor geïntroduceerd die ondanks verschillende vervormingen stabiel polssignalen kan ontvangen. Het werk is gepubliceerd in het journaal ACS Nano.

De afgelopen jaren hebben de vergrijzing van de bevolking en de COVID-19-pandemie geleid tot een groeiende vraag naar gezondheidszorgmonitoringapparatuur die gedurende lange tijd aan het lichaam kan worden bevestigd om biometrische signalen te verzamelen. Traditionele, op silicium gebaseerde fotosensoren worden in de praktijk echter niet vaak gebruikt omdat ze zwaar en stijf zijn, waardoor ze gedurende langere tijd oncomfortabel zijn om te dragen. Ze kunnen biometrische signalen ook niet nauwkeurig verkrijgen omdat ze niet in nauw contact met de huid kunnen komen.

De Nobelprijs voor de Scheikunde werd dit jaar toegekend aan drie wetenschappers die kwantumstippen ontdekten en ontwikkelden, ook wel bekend als de kiemen van de nanowetenschap. Kwantumdots zijn ultrafijne halfgeleiderdeeltjes, die slechts enkele nanometers (nm, een miljardste van een meter) groot zijn, en dankzij hun betere optische en elektrische eigenschappen dan traditionele halfgeleidermaterialen kunnen ze snel elektronen en elektronengaten scheiden.

Omdat kwantumstippen het voordeel hebben van een snelle responstijd bij gebruik als fotosensor, wordt er op grote schaal onderzoek naar fotosensoren op basis van kwantumstippen uitgevoerd. De meeste bestaande quantum dot-fotosensoren zijn echter dikker dan een paar micrometer, en het grootste deel van het onderzoek maakt gebruik van quantum dots, zoals loodsulfide (PbS), dat giftige zware metalen bevat. Daarom kunnen de stippen in de praktijk niet worden gebruikt voor een draagbare fotosensor.

Het onderzoeksteam heeft nu met succes een ultrakrachtige quantum dot-fotosensor ontwikkeld op basis van de milieuvriendelijke quantum dots van koper-indium-selenide (Cu-In-Se), die geen zware metalen bevat. Het was algemeen aanvaard dat fotosensoren op basis van milieuvriendelijke kwantumdots slechte prestaties leveren. Niettemin heeft het onderzoeksteam de elektrische eigenschappen van milieuvriendelijke kwantumstippen verbeterd door de grootte en samenstelling van de punten te controleren, een nieuwe organisch-anorganische hybride ladingsoverdrachtslaag ontwikkeld die geschikt is voor de punten, en een milieuvriendelijke kwantumstippen gecreëerd. dot-fotosensor die de prestaties van bestaande giftige quantum dot-fotosensoren overtreft.

De milieuvriendelijke quantum dot-fotosensor die door het onderzoeksteam is gemaakt, vertoont hoge prestaties van het apparaat, zelfs met een quantum dot-absorptielaag van ongeveer 40 nanometer (nm). Bovendien vertoont het uitstekende lichtdetectieprestaties zonder externe voedingsbron. Deze twee eigenschappen kunnen een groot voordeel zijn voor toepassingen en gebruik van draagbare fotosensoren.

Het onderzoeksteam ontwikkelde ook een draagbare pulssensor door de fotosensor geproduceerd op een flexibel substraat op polymeerbasis te combineren met een lichtbron. De sensor had de flexibiliteit om stabiel te werken, zelfs in een kromtestraal van 0,5 millimeter (mm), en kon de hartslag stabiel meten, zelfs in verschillende situaties waarin sprake is van beweging, zoals lopen en rennen, nadat hij aan het menselijk lichaam was bevestigd. .

Professor Ji-woong Yang zei: “Door de structuur van milieuvriendelijke kwantumdots te beheersen en een ladingsoverdrachtslaag te ontwikkelen die geoptimaliseerd is voor de stippen, hebben we een hoogwaardige, milieuvriendelijke kwantumdot-fotosensor kunnen maken.”

UNIST-professor Moon-kee Choi verklaarde: “We zijn erin geslaagd een ultradunne pulssensor met hoge flexibiliteit te creëren op basis van de milieuvriendelijke quantum dot-fotosensor waarvoor geen externe stroombron nodig is. Deze zou kunnen worden gebruikt voor verschillende fotosensortoepassingen van de volgende generatie , zoals lidar- en infraroodcamera’s, maar ook draagbare systemen voor monitoring van de gezondheidszorg.”