محققان سطح جدیدی از انبساط پذیری یک آشکارساز نوری را نشان داده اند.
ردیاب های نوری دستگاه هایی ساخته شده از پلیمر و الاستومر مصنوعی هستند که نور را برای تولید الکتریسیته جذب می کنند.
به لطف مواد و اکتشافات جدید در تولید، نیمه رساناها از بسترهای سخت که برش داده شده یا به دیسک ها یا صفحات نازک تبدیل می شوند، به سمت مواد پلاستیکی انعطاف پذیرتر و حتی کاغذ حرکت می کنند. گرایش به سمت بسترهای انعطاف‌پذیرتر منجر به تولید دستگاه‌های زیادی شده است، از LEDهای ساطع کننده نور گرفته تا سلول‌های خورشیدی و ترانزیستورها.
این ماده جدید تا 200 درصد بیشتر از اندازه اصلی خود قابل کشش است بدون اینکه جریان الکتریکی خود را به میزان قابل توجهی از دست بدهد.
محققان می‌گویند که آشکارسازهای نوری انعطاف‌پذیر جدیدشان می‌تواند سودمندی حسگرهای پوشیدنی پزشکی و دستگاه‌های کاشتنی را از جمله کاربردهای دیگر بهبود بخشد.
ردیاب‌های نوری اکنون به عنوان مانیتورهای سلامت پوشیدنی مانند دستگاه‌های پالس اکسیمتر انگشتی جامد استفاده می‌شوند. آنها سیگنال های نور را به سیگنال های الکتریکی تبدیل می کنند و معمولاً در الکترونیک پوشیدنی استفاده می شوند.
اولیویه پیرون، استاد دانشکده مهندسی مکانیک جورج دبلیو وودراف، که آزمایشگاهش خواص مکانیکی و قابلیت اطمینان انعطاف پذیر را اندازه گیری می کند، گفت: با توجه به اینکه نیمه هادی های انعطاف پذیر معمولی با چند درصد تنش شکسته می شوند، یافته های جورجیا تک "یک مرتبه بهبود است." الکترونیک در شرایط سخت
کانک فوئنتس-هرناندز، یکی از همکاران پیشین PI در دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر (ECE) گفت: «به نوار لاستیکی یا چیزی که به نرمی و کشش پوست انسان است، اما دارای خواص نیمه هادی الکتریکی مشابه نیمه هادی های جامد یا جامد است فکر کنید. و اکنون دانشیار مهندسی برق و مهندسی کامپیوتر در دانشگاه شمال شرقی بوستون است.
او گفت: «ما نشان داده‌ایم که می‌توان قابلیت انبساط‌پذیری را در نیمه‌هادی‌هایی که عملکرد الکتریکی لازم برای تشخیص سطوح نوری حدود صد میلیون برابر ضعیف‌تر از لامپ‌های تولید شده برای روشنایی داخلی را حفظ می‌کنند، ادغام کرد.»
برنارد کیپلن، معاون معاون ابتکارات بین المللی و پروفسور ECE، کار Youngrak Park، اولین نویسنده مطالعه و کاندیدای دکترا در ECE را رهبری کرد. پارک پس از دو سال و نیم تحقیق، ترکیب مناسبی از ترکیبات شیمیایی را کشف کرد که مواد فوق‌العاده نرمی را با توانایی تولید و هدایت الکتریسیته در مواجهه با نور تولید می‌کنند.
پارک نسبت ایده‌آلی را برای تمام قسمت‌های لایه نیمه‌رسانا برای حفظ عملکرد آشکارساز نوری بالا پیدا کرد. اما کار سختی بود برای اثبات قابلیت انبساط مواد، به خصوص با توجه به اینکه یک لایه آن 1000 برابر نازکتر از موی انسان است.
پارک برای آزمایش قابلیت اطمینان این ماده به کیونجین کیم، که در آن زمان دکترای مهندسی مکانیک در جورجیا تک بود، تکیه کرد. او به ارائه نمونه‌های بزرگتر و ضخیم‌تر به کیم ادامه داد در حالی که نمونه‌ای با ضخامت 500 نانومتر کار می‌کرد.
"او هنوز فوق العاده لاغر بود. در شرایط خشک فقط از بین می رود. کیم که اکنون استادیار مهندسی مکانیک در دانشگاه کانکتیکات است، به یاد می‌آورد که باید از یک مخزن آب برای حفظ شکل خود استفاده می‌کردیم.
با توجه به اینکه اندازه‌گیری خواص مکانیکی خالص لایه فوتواکتیو چقدر دشوار بود، پیرون خاطرنشان می‌کند: «دستگاه‌های الکترونیکی معمولاً بسیار شکننده هستند، که در مورد دستگاه‌های معمولی ساخته شده بر روی بسترهای جامد صدق می‌کند. اما به محض اینکه از بسترهای نرم استفاده می کنید، این یک مشکل می شود."
آب به عنوان یک پوسته پلاستیکی عمل می‌کند و لایه‌های نازک را بدون از هم پاشیدگی یا از دست دادن شکل در جای خود نگه می‌دارد و به محققان اجازه می‌دهد تا مواد را کشیده و خواص مکانیکی آن را اندازه‌گیری کنند.
برای آزمایش سیگنال های الکتریکی که از دستگاه در هنگام روشنایی منتشر می شود، پایانه های الکترونیکی باید در آن تعبیه می شد. و با این حال، این پایانه ها نیز باید قابل تغییر شکل باشند، در غیر این صورت کل دستگاه سفت می شود.
Felipe Andres Laraine، دانشجوی فارغ التحصیل ECE که از نزدیک با Park کار می کند و بر روی اجزای تعبیه شده تمرکز دارد، می گوید: «تولید پایانه های الکترونیکی قابل توسعه به خودی خود یک چالش بزرگ بوده است. او در حال حاضر استادیار دانشگاه آدولفو ایبانس در شیلی است.
در حالی که این ماده اولیه در ابتدا در یک آشکارساز نوری ادغام شد و برای عملکرد الکتریکی آزمایش شد، آزمایش و بهینه‌سازی بیشتری برای نشان دادن قابلیت گسترش مواد تحت بارهای چندوجهی و پایداری قفسه آن مورد نیاز است.
"نکته هیجان انگیز این است که این مواد و دستگاه ها به ما امکان توسعه آن را می دهند - یعنی مفهوم سیستم های اطلاعاتی. گراهام، رئیس سابق دانشکده مهندسی مکانیک وودراف و اکنون رئیس مهندسی دانشگاه مریلند، می‌گوید: «شما سطوح کاربردی دارید که حسگرهایی را ترکیب می‌کند که انواع ویژگی‌های فیزیکی را نظارت می‌کنند.
محققان در مورد پتانسیل این ماده برای بهبود پوشیدنی های پزشکی هیجان زده هستند. ساعت‌های مچی که از حسگرهای زیستی سفت و سخت استفاده می‌کنند معمولاً محدودیت‌هایی دارند، زیرا خم کردن مچ می‌تواند اندازه‌گیری حسگر را کاملاً تغییر دهد. آنها در معرض "مصنوع حرکت" یا بدتر شدن کیفیت تصویر هستند که هنگام حرکت یک فرد ایجاد می شود.
گابریل کان، مدیر پروژه هاکسلی مدیکال، یک استارتاپ حسگر زیستی، گفت: «حرکت می‌تواند به شدت بر قابلیت استفاده از داده‌های جمع‌آوری‌شده تأثیر بگذارد، اما توانایی جابه‌جایی دستگاه‌ها بر روی بدن برای به حداقل رساندن یا حذف مصنوعات حرکتی، کار بزرگی است.» آتلانتا، که اخیراً با مدرک دکترا در رشته الکترونیک انعطاف پذیر از گرجستان تک فارغ التحصیل شده است.
"داشتن وسایل الکترونیکی که می تواند خم شود، بپیچد، خم شود و سطوح غیر صاف را مطابقت دهد و با بدن شما حرکت کند، به شما این امکان را می دهد که این حسگرها را در مکان های راحت تری برای جمع آوری داده های بیومتریک قرار دهید. کمک به تشخیص یا نظارت بر شرایط پزشکی موجود بی نهایت مفیدتر خواهد بود."
این تیم تحقیقاتی برنامه های کاربردی غنی را برای ترکیبات پلیمری نرم و قابل کشش فراتر از دستگاه های نظارت بر سلامت باربر در نظر می گیرد.
کیم می‌گوید: «دستگاه نرم همچنین می‌تواند برای وسایل الکترونیکی قابل کاشت برای کاربردهای بیوالکترونیک جذاب باشد، زیرا رابط‌ها در راستای حرکت پویای بافت‌های نرم بیولوژیکی هستند و واکنش جسم خارجی را کاهش می‌دهند.»
لارین افزود: پتانسیل فوق العاده است. در درازمدت، می‌توانید حسگرهایی را توسعه دهید که می‌توانند چشم انسان را بهبود بخشند یا حتی جایگزین آن کنند یا روی چشم‌های روباتیک اعمال شوند.»
Fuentes می بیند که این مواد در کاربردهای کشاورزی هوشمند کار می کنند، جایی که کشاورزان می توانند حسگرهای نور را به میوه یا سایر محصولات برای نظارت بر رشد، بیماری و زمان برداشت بهتر وصل کنند.
کیپلن معتقد است که فتودیودهای لاستیکی مانند که سطوح نور بسیار کم را تشخیص می دهند، می توانند برای شناسایی، شناسایی و مشخص کردن تشعشعات یونیزان برای نظارت بر چرخه سوخت هسته ای استفاده شوند.
این مطالعه در مجله ظاهر می شود دستاوردهای علمی.
منبع: Georgia Tech
[ad_2]
مقالات مشابه
- جو بایدن می گوید: رئیس جمهور تهمت است 'احمق' برای ساخت پاپ تصمیم خود را به پوشیدن ماسک در
- مغلوب ساختن پیشی جستن تصمیم گیری در اتاق که معمولا توسط خود علاقه, جان بولتون می گوید در کتاب آینده
- Facebook SEO Tips
- روزانه شایعات: 4 ژوئن 2020
- Trump ad in Minnesota touts 'jobs, not mobs' over image of steel plant that laid off most its workers
- تنش جدید در گینه پس از همه پرسی به تعویق افتادن
- How Beijing’s National Security Crackdown Transformed Hong Kong in a Single Month
- Exiled Colombians in Canada share stories of death threats, violence that made them flee home
- چگونه crowdfunding است کمک به هند فقیر در سن COVID-19
- دموکرات پرده پلیس لایحه اصلاحات پس از زانو زدن در سکوت 8 دقیقه و 46 ثانیه