Un sensor óptico flexible y ultrafino que utiliza nanotubos de carbono para convertir la luz en señales eléctricas ha sido presentado por Rei Kawabata y colegas. El equipo de la Universidad de Osaka de Japón dice que su dispositivo podría conducir a mejores tecnologías de imágenes ópticas.
Los sensores ópticos desempeñan un papel vital en las tecnologías de imágenes modernas. Hasta ahora, los sensores convencionales se han basado en gran medida en elementos semiconductores convencionales para convertir la luz en señales eléctricas. Sin embargo, para evitar daños, estos dispositivos tienden a montarse sobre tablas gruesas y resistentes, lo que limita las formas de las superficies que pueden visualizar de cerca.
Para superar el problema, los investigadores han comenzado a explorar las posibilidades que presentan los sensores tipo lámina fabricados a partir de materiales orgánicos flexibles. En principio, estos sensores pueden rodear superficies más complejas y obtener imágenes de ellas independientemente de su forma. Sin embargo, hasta ahora, estos sensores no se han acercado a igualar las capacidades de sus homólogos inorgánicos más rígidos.
Transistores inestables
"El ancho de banda de detección de los sensores ópticos convencionales de tipo lámina es estrecho", explica el director de Osaka. Tepei Araki. "Esto les dificulta detectar ondas electromagnéticas de longitud de onda larga (infrarroja a terahercios) necesarias para el análisis térmico y químico". Además, se sabe que los transistores orgánicos flexibles necesarios para su funcionamiento se vuelven inestables cuando son irradiados por la luz.
Para superar estos desafíos, el equipo examinó las propiedades únicas de los nanotubos de carbono. No sólo son muy flexibles; su estructura molecular única también los hace excelentes para convertir la luz en energía eléctrica.
Para aprovechar estas ventajas, los investigadores desarrollaron una técnica para imprimir fotodetectores de nanotubos de carbono sobre sustratos de película delgada. Los nanotubos fueron dopados con productos químicos para mejorar aún más su sensibilidad a la luz.
Hoja de fotosensor
"Al integrar fotodetectores de nanotubos de carbono y transistores orgánicos en una matriz sobre un sustrato de polímero ultrafino, hemos desarrollado un fotosensor de tipo lámina que exhibe estabilidad, flexibilidad y alta sensibilidad a temperatura ambiente y en el aire", dice Araki.
El equipo descubrió que sus sensores son muy eficientes en la detección en un amplio espectro, desde la luz visible hasta la radiación de terahercios. Al integrar una estructura de blindaje, que no comprometía la flexibilidad, también garantizaron que los transistores flexibles del dispositivo siguieran funcionando de forma fiable cuando irradiaban luz. Esto permitió que el dispositivo amplificara las señales del sensor en un factor de 10.
El dispositivo se describe como un sensor de luz altamente flexible que es adecuado para una amplia gama de aplicaciones de imágenes. "Hemos desarrollado un sensor óptico tipo lámina, fino y suave, que no daña el objeto a medir", describe Araki.
Integración Bluetooth
Luego, el equipo integró un módulo Bluetooth con sensor, lo que significa que el dispositivo se puede utilizar de forma remota.
Las células solares flexibles ultrafinas aumentan su eficiencia
"Hemos creado un sistema de medición inalámbrico que puede detectar y obtener imágenes fácilmente no sólo de la luz, sino también de ondas electromagnéticas relacionadas con el calor y las moléculas", dice Araki.
Los investigadores utilizaron un prototipo de su sensor en dos demostraciones exitosas. Uno implicaba sentir el calor emitido por los dedos humanos; y el otro involucrado implica monitorear una solución de azúcar tibia mientras fluye a través de un tubo delgado. El equipo también demostró que su dispositivo es muy duradero porque funcionó bien después de ser arrugado hasta formar una bola.
Ahora su objetivo es mejorar el dispositivo para que pueda utilizarse en una amplia gama de aplicaciones. "Nuestro sistema de medición inalámbrico amplía las posibilidades de los métodos de prueba no destructivos", afirma Araki. “Estos podrían incluir imágenes sin contacto y evaluaciones simples de la calidad de los líquidos sin la necesidad de recolectar muestras. También se espera que se utilice en dispositivos portátiles y dispositivos de imágenes portátiles”.
La investigación se describe en Materiales avanzados.
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- Fuente: https://physicsworld.com/a/carbon-nanotubes-make-optical-sensor-flexible-and-ultrathin/
