外部電源不要の世界最高性能の環境に優しい量子ドットフォトセンサー

2023 年 12 月 08 日

(Nanowerkニュース) 大邱慶北科学技術大学 (DGIST) では、エネルギー科学工学科のヤンジウン教授が画期的な偉業を達成しました。蔚山科学技術院新材料工学科のムン・キー・チェ教授のチームとソウル国立大学化学・生体分子工学科のデヒョン・キム教授のグループと協力して、彼らは世界最先端の環境に優しい材料を開発した。量子ドット光センサー。注目すべきことに、このデバイスは外部電源なしで機能し、光起電力効果を利用して安定した光信号測定を実現します。これらの結果は、 ACSナノ (「ウェアラブル健康モニタリング用の超薄型セルフパワー重金属フリー Cu-In-Se 量子ドット光検出器」). 作品のグラフィカルな要約。 (画像: DGIST) このイノベーションは、人口の高齢化と新型コロナウイルス感染症のパンデミックにより、長時間快適に装着できるヘルスケアモニタリングデバイスのニーズが高まっている今日、特に関連性があります。従来のシリコンベースの光センサーは、長時間の装着には重すぎて硬すぎると考えられることが多く、皮膚との密着を維持できないため、生体信号を正確に捕捉するのが困難でした。科学の重要な進歩として、今年のノーベル化学賞は、ナノサイエンスの構成要素である量子ドットに関する先駆的な研究に対して19人の科学者を表彰しました。わずかナノメートルの超微細な半導体粒子は、従来の半導体と比較して優れた光学的および電気的特性を備えています。これにより、電子と正孔の分離が高速化され、光センサー用途に最適になります。しかし、現在の研究における量子ドット光センサーのほとんどは、厚いマイクロメートルスケールの構造であり、多くの場合硫化鉛などの有毒な重金属を含むため、ウェアラブル技術には適していません。環境に優しい量子ドットの性能が劣っているという一般的な想定を覆し、研究チームはこの分野に革命をもたらしました。彼らは、サイズと組成を注意深く制御することで、重金属を含まない銅-インジウム-セレン化物 (Cu-In-Se) 量子ドットの電気的特性を強化しました。さらに、これらの量子ドットに合わせて調整された革新的な有機-無機ハイブリッド電荷移動層を開発し、有毒な対応物よりも優れた環境に優しい光センサーを完成させました。同チームの環境に優しい量子ドット光センサーは、わずか約40ナノメートルの量子ドット吸収層で優れた性能を発揮する。また、外部電源を必要とせずに優れた光検出能力を発揮するため、ウェアラブル光センサー用途に非常に適しています。研究者らは、ウェアラブル脈拍センサーを作成することでこの技術をさらに拡張しました。このセンサーは、柔軟なポリマー基板上の光センサーと光源を組み合わせており、大きな曲率下や歩行やランニングなどのさまざまな身体活動中でも安定した動作を保証します。 DGISTのJi-woong Yang教授はコメントの中で、戦略的な構造制御と層の最適化により、高性能で環境に優しい量子ドット光センサーの開発に成功したことを強調した。一方、UNISTのMoon-kee Choi教授は、超薄型で柔軟性の高い設計と外部電源からの独立性を生かして、ライダーや赤外線カメラから次世代ウェアラブルヘルスケアモニタリングシステムに至るまで、この技術の多様な応用を構想した。