탄소나노튜브를 사용해 빛을 전기 신호로 변환하는 유연하고 초박형 광학 센서가 공개됐다. 가와바타 레이와 동료들. 일본 오사카 대학 팀은 그들의 장치가 더 나은 광학 이미징 기술로 이어질 수 있다고 말합니다.
광학 센서는 현대 이미징 기술에서 중요한 역할을 합니다. 지금까지 기존 센서는 빛을 전기 신호로 변환하기 위해 기존의 반도체 소자에 광범위하게 의존해 왔습니다. 그러나 손상을 방지하기 위해 이러한 장치는 두껍고 튼튼한 보드에 장착되는 경향이 있어 가까이에서 이미지를 촬영할 수 있는 표면의 모양이 제한됩니다.
이러한 문제를 극복하기 위해 연구자들은 유연한 유기재료로 만든 시트형 센서의 가능성을 탐색하기 시작했습니다. 원칙적으로 이러한 센서는 더 복잡한 표면을 감싸고 모양에 관계없이 이미지를 생성할 수 있습니다. 그러나 지금까지 이러한 센서는 보다 견고한 무기 센서의 성능에 근접하지 못했습니다.
불안정한 트랜지스터
"기존 시트형 광학 센서의 감지 대역폭은 좁습니다"라고 오사카의 설명 아라키 텟페이. "이로 인해 열 및 화학 분석에 필요한 장파장(테라헤르츠에 대한 적외선) 전자기파를 감지하기가 어렵습니다." 게다가 동작에 필요한 유연한 유기 트랜지스터는 빛을 받으면 불안정해지는 것으로 알려져 있다.
이러한 과제를 극복하기 위해 팀은 탄소 나노튜브의 고유한 특성을 조사했습니다. 유연성이 뛰어날 뿐만 아니라; 또한 독특한 분자 구조로 인해 빛을 전기 에너지로 변환하는 데 탁월합니다.
이러한 장점을 활용하기 위해 연구진은 탄소 나노튜브 광검출기를 박막 기판에 인쇄하는 기술을 개발했습니다. 나노튜브는 빛에 대한 민감도를 더욱 향상시키기 위해 화학 물질로 도핑되었습니다.
포토센서 시트
Araki는 “탄소나노튜브 광검출기와 유기 트랜지스터를 초박형 폴리머 기판 위에 어레이로 통합함으로써 실온과 공기 중에서 안정성, 유연성 및 고감도를 나타내는 시트형 광센서를 개발했습니다.”라고 말했습니다.
연구팀은 자사의 센서가 가시광선부터 테라헤르츠 방사선까지 광범위한 스펙트럼을 감지하는 데 매우 효율적이라는 사실을 발견했습니다. 유연성을 저하시키지 않는 차폐 구조를 통합함으로써 장치의 유연한 트랜지스터가 빛이 조사될 때 안정적으로 계속 작동하도록 보장했습니다. 이를 통해 장치는 센서 신호를 10배 증폭할 수 있었습니다.
이 장치는 다양한 이미징 응용 분야에 적합한 매우 유연한 광 센서로 설명됩니다. "우리는 측정 대상을 손상시키지 않는 얇고 부드러운 시트형 광학 센서를 개발했습니다."라고 Araki는 설명합니다.
블루투스 통합
그런 다음 팀은 Bluetooth 모듈을 센서와 통합했습니다. 이는 장치를 원격으로 사용할 수 있음을 의미합니다.
초박형 플렉서블 태양전지로 효율 향상
Araki는 “우리는 빛뿐만 아니라 열 및 분자와 관련된 전자기파도 쉽게 감지하고 이미지화할 수 있는 무선 측정 시스템을 구현했습니다.”라고 말했습니다.
연구원들은 두 번의 성공적인 시연에서 센서의 프로토타입을 사용했습니다. 하나는 인간의 손가락에서 발산되는 열을 감지하는 것과 관련이 있습니다. 관련된 다른 하나는 얇은 튜브를 통해 흐르는 따뜻한 설탕 용액을 모니터링하는 것입니다. 연구팀은 또한 장치가 공 모양으로 구겨진 후에도 잘 작동하기 때문에 내구성이 높다는 것을 보여주었습니다.
이제 그들은 광범위한 응용 분야에서 사용할 수 있도록 장치를 개선하는 것을 목표로 하고 있습니다. "저희 무선 측정 시스템은 비파괴 검사 방법의 가능성을 확장합니다."라고 Araki는 말합니다. “여기에는 비접촉식 이미징과 샘플을 수집할 필요 없이 간단한 액체 품질 평가가 포함될 수 있습니다. 웨어러블 기기나 휴대용 영상기기에도 활용될 것으로 기대된다”고 말했다.
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- 출처: https://physicsworld.com/a/carbon-nanotubes-make-optical-sensor-flexible-and-ultrathin/
