O echipă de cercetare de la NYU Tandon a prezentat o metodă alternativă pentru detectoarele în infraroșu, bazată pe puncte cuantice sintetizate în soluţie. Această „cerneală cuantică” evită utilizarea metalelor grele restricţionate și permite aplicarea pe suprafeţe mari prin tehnici de tip roll-to-roll. Soluţia combină conformitate cu normele de mediu și potenţial pentru costuri reduse, ceea ce poate facilita integrarea în vehicule autonome, dispozitive medicale și sisteme portabile.
Quantum ink ecologic pentru detectoare în infraroșu: soluţie scalabilă și compatibilă cu reglementările
Dezvoltarea se bazează pe colloidal quantum dots produse în soluţie, o abordare care transformă procesul de fabricaţie al senzorilor. În locul asamblării atom cu atom, materialele sunt sintetizate similar unei cernelei tipografice și apoi aplicate ca strat uniform. Această metodă reduce complexitatea tehnologică și costurile de producţie. Pentru a obţine conductivitate adecvată, cercetătorii au folosit schimb de liganzi în fază de soluţie, optimizând suprafaţa punctelor pentru transferul de sarcină. Rezultatele arată timpi de răspuns în microsecunde și sensibilitate la nivel de nanowatt, performanţe promiţătoare pentru aplicaţii practice. Implementarea stratului prin tehnici compatibile cu producţia industrială permite acoperirea unor suprafeţe mari şi repezi. De asemenea, cercetarea include și electrozi transparenţi pe bază de nanofilamente de argint, care asigură colectarea semnalului fără a bloca lumina infraroșie. Combinaţia dintre detectoare pe bază de puncte cuantice și electrozi transparenţi răspunde cerinţelor pentru matrici mari de pixeli. Aceasta este esenţială pentru camere termice integrate în smartphone-uri, vehicule autonome sau echipamente medicale, unde densitatea şi uniformitatea pixelilor contează. Echipa recunoaște că performanţa nu egalează încă cei mai buni senzori pe bază de metale grele în toate măsurătorile. Totuși, progresele în sinteza punctelor cuantice și în ingineria dispozitivelor ar putea reduce diferenţa. Sprijinul financiar din partea unor agenţii precum Office of Naval Research și DARPA subliniază interesul pentru dezvoltarea tehnologică și transferul către aplicaţii reale. Prin eliminarea materialelor toxice, soluţia deschide căi pentru respectarea normelor de mediu și pentru adoptarea pe scară largă a imagisticii în infraroșu.
Procesul de fabricaţie și beneficiile economice pentru producători
Tehnologia propusă schimbă paradigma tradiţională a producţiei detectorilor. Sinteza în soluţie permite formarea materialului într-un mod reproducibil, iar aplicarea prin acoperire continuă reduce timpul și costul pe unitate. Metoda de schimbare a liganzilor face filmul conductor și stabil din punct de vedere electric, evitând fisurile şi neuniformităţile comune în straturile depuse convenţional. Acest lucru simplifică integrarea în linii de producţie existente, permiţând tranziţia la tehnologie scalabilă fără investiţii enorme în echipamente noi. Pe plan economic, costurile de fabricaţie scad semnificativ faţă de procesele ultra-precise folosite anterior. Producătorii pot produce matrici de dimensiuni mari, cu economie de materiale și energie. În același timp, eliminarea substanţelor restricţionate răspunde cerinţelor de conformitate și reduce riscurile legislative. Deși sunt necesare îmbunătăţiri pentru a atinge performanţele de top ale senzorilor pe bază de metale grele, beneficiile industriale și de mediu sunt evidente. Adoptarea pe scară largă ar putea accelera dezvoltarea de dispozitive cu costuri reduse și funcţii avansate.
"Industria se confruntă cu presiuni reglementare crescute chiar când cererea pentru imagistică termică crește rapid."
- Reducerea costurilor de producţie prin sinteză în soluţie
- Conformitate cu reglementările privind materialele toxice
- Compatibilitate cu aplicaţii pentru mobilitate, sănătate şi securitate
Impact și perspective pentru viitoarele sisteme de imagistică
Prin combinarea punctelor cuantice cu electrozi transparenţi, cercetătorii oferă o soluţie completă pentru senzorii infraroșii de generaţie următoare. Progresul tehnic poate extinde detectarea mai adânc în spectrul infraroșu, unde opţiunile materiale curente sunt limitate. Dacă sinteza și ingineria dispozitivelor evoluează, materialele ecologice ar putea rivaliza cu soluţiile clasice în multe aplicaţii comerciale. De asemenea, această direcţie favorizează dezvoltarea de matrici mari, esenţiale pentru camere cu rezoluţie ridicată. Colaborarea între cercetători, industrie și agenţii de finanţare va fi crucială pentru transferul tehnologic. Pe termen scurt, tehnologia oferă o cale realistă pentru a reduce impactul ecologic al senzorilor și pentru a extinde accesul la imagistică termică. Pe termen lung, inovaţiile în sinteză și designul arhitecturii dispozitivelor ar putea nivela diferenţele de performanţă faţă de soluţiile tradiţionale.
Sursa: sciencedaily.com