El fotosensor de puntos cuánticos de alto rendimiento no necesita fuente de alimentación externa

El profesor Ji-woong Yang, del Departamento de Ciencia e Ingeniería Energética del Instituto de Ciencia y Tecnología Daegu Gyeongbuk, ha desarrollado con éxito el fotosensor de punto cuántico verde de mayor rendimiento del mundo que no requiere ninguna fuente de energía externa.

Se confirmó que el sensor fotónico de puntos cuánticos, respetuoso con el medio ambiente, se desarrolló mediante una investigación conjunta con el equipo de investigación del profesor Moon-kee Choi en el Departamento de Ingeniería de Nuevos Materiales del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan (UNIST) y el proyecto de investigación en equipo del profesor Dae. -Hyeong Kim. en el Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular de la Universidad Nacional de Seúl (Presidente Hong-lim Ryu) puede medir de forma estable señales luminosas sin ninguna fuente de energía externa debido al efecto fotovoltaico.

El equipo de investigación conjunto también produjo un sensor de pulso ultrafino que se puede adherir a la piel basándose en este fotosensor e introdujo el sensor de pulso portátil que puede adquirir señales de pulso de manera estable a pesar de diferentes deformaciones. el trabajo es Publicado en el diario ACS Nano.

En los últimos años, el envejecimiento de la población y la pandemia de COVID-19 han provocado una creciente demanda de dispositivos de seguimiento de la atención sanitaria que puedan conectarse al cuerpo durante un largo período de tiempo para adquirir señales biométricas. Sin embargo, los fotosensores tradicionales basados ​​en silicio no se utilizan comúnmente en la práctica real porque son pesados ​​y rígidos, lo que los hace incómodos de usar durante un largo período de tiempo. Tampoco pueden adquirir señales biométricas con precisión porque no pueden estar en estrecho contacto con la piel.

El Premio Nobel de Química de este año fue otorgado a tres científicos que descubrieron y desarrollaron puntos cuánticos, también conocidos como las semillas de la nanociencia. Los puntos cuánticos son partículas semiconductoras ultrafinas, de sólo unos pocos nanómetros (nm, una milmillonésima parte de un metro), y sus mejores propiedades ópticas y eléctricas que los materiales semiconductores tradicionales les permiten separar rápidamente electrones y huecos de electrones.

Debido a que los puntos cuánticos tienen la ventaja de un tiempo de respuesta rápido cuando se utilizan como fotosensores, se han realizado ampliamente investigaciones sobre fotosensores basadas en puntos cuánticos. Sin embargo, la mayoría de los fotosensores de puntos cuánticos existentes tienen un grosor superior a unos pocos micrómetros, y la mayoría de las investigaciones utilizan puntos cuánticos como el sulfuro de plomo (PbS), que contiene metales pesados ​​tóxicos. En consecuencia, los puntos no se pueden utilizar en la práctica para un fotosensor portátil.

El equipo de investigación ha desarrollado con éxito un fotosensor de puntos cuánticos de rendimiento ultraalto basado en puntos cuánticos de seleniuro de cobre-indio (Cu-In-Se) respetuosos con el medio ambiente, que no contienen metales pesados. En general, se acepta que los fotosensores basados ​​en puntos cuánticos verdes tienen un rendimiento deficiente. Sin embargo, el equipo de investigación mejoró las propiedades eléctricas de los puntos cuánticos ecológicos controlando el tamaño y la composición de los puntos, desarrolló una nueva capa de transferencia de carga híbrida orgánica-inorgánica, que es adecuada para los puntos, y creó un sistema cuántico ecológico. fotosensor de puntos que supera a los fotosensores de puntos cuánticos tóxicos existentes.

El fotosensor de puntos cuánticos ecológico creado por el equipo de investigación muestra un alto rendimiento del dispositivo incluso con una capa de absorción de puntos cuánticos de aproximadamente 40 nanómetros (nm). Además, presenta un excelente rendimiento de detección de luz sin fuente de alimentación externa. Estas dos propiedades pueden servir como una gran ventaja para las aplicaciones y el uso de fotosensores portátiles.

El equipo de investigación también desarrolló un sensor de muñeca portátil combinando el fotosensor producido sobre un sustrato flexible a base de polímero con una fuente de luz. El sensor tenía la flexibilidad de funcionar de manera estable incluso dentro de un radio de curvatura de 0,5 milímetros (mm), y podía medir el pulso de manera estable incluso en diversas situaciones en las que hay movimiento, como caminar y correr, después de estar adherido al cuerpo humano. .

El profesor Ji-woong Yang dijo: «Al controlar la estructura de los puntos cuánticos verdes y desarrollar una capa de transferencia de carga optimizada para los puntos, pudimos crear un fotosensor de puntos cuánticos verdes de alto rendimiento».

El profesor Moon-kee Choi de UNIST afirmó: «Pudimos crear un sensor de pulso ultrafino con alta flexibilidad basado en el fotosensor de puntos cuánticos respetuoso con el medio ambiente que no requiere una fuente de alimentación externa. Podría usarse para varios sistemas de próxima generación». aplicaciones de fotosensores, como cámaras lidar e infrarrojas, así como sistemas portátiles de monitoreo de atención médica”.