Il professor Ji-woong Yang del Dipartimento di scienza e ingegneria energetica dell'Istituto di scienza e tecnologia di Daegu Gyeongbuk ha sviluppato con successo il fotosensore a punti quantici ecologico e dalle prestazioni più elevate al mondo che non richiede alcuna fonte di alimentazione esterna.
È stato confermato che il sensore fotonico ecologico a punti quantici è stato sviluppato attraverso una ricerca congiunta con il gruppo di ricerca del professor Moon-kee Choi presso il Dipartimento di ingegneria dei nuovi materiali, Istituto nazionale di scienza e tecnologia di Ulsan (UNIST) e il gruppo di ricerca del professor Dae-hyeong Kim presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica e Biomolecolare dell'Università Nazionale di Seoul (Presidente Hong-lim Ryu) può misurare stabilmente i segnali luminosi senza alcuna fonte di alimentazione esterna, a causa dell'effetto fotovoltaico.
Basato su questo fotosensore, il team di ricerca congiunto ha anche prodotto un sensore di pulsazioni ultrasottile attaccabile alla pelle e ha introdotto il sensore di pulsazioni indossabile in grado di acquisire stabilmente segnali di pulsazioni nonostante le diverse deformazioni. Il lavoro è pubblicato sulla rivista ACS Nano .
Negli ultimi anni, l’invecchiamento della popolazione e la pandemia di COVID-19 hanno portato a una crescente domanda di dispositivi di monitoraggio sanitario che possano essere attaccati al corpo per un lungo periodo di tempo per acquisire segnali biometrici. I tradizionali fotosensori a base di silicio, tuttavia, non sono comunemente utilizzati nella pratica perché sono pesanti e rigidi, il che li rende scomodi da indossare per un lungo periodo di tempo. Inoltre, non possono acquisire segnali biometrici in modo accurato perché non possono essere a stretto contatto con la pelle.
Il Premio Nobel per la Chimica di quest'anno è stato assegnato a tre scienziati che hanno scoperto e sviluppato i punti quantici, conosciuti anche come i semi della nanoscienza. I punti quantici sono particelle semiconduttrici ultrafini, di dimensioni solo pochi nanometri (nm, un miliardesimo di metro), e le loro migliori proprietà ottiche ed elettriche rispetto ai materiali semiconduttori tradizionali consentono loro di separare rapidamente elettroni e lacune elettroniche.
Poiché i punti quantici hanno il vantaggio di tempi di risposta rapidi se utilizzati come fotosensori, la ricerca sui fotosensori basata su punti quantici è stata condotta ampiamente. La maggior parte dei fotosensori a punti quantici esistenti, tuttavia, sono più spessi di pochi micrometri e la maggior parte della ricerca utilizza punti quantici, come il solfuro di piombo (PbS), che contiene metalli pesanti tossici. Pertanto, nella pratica i punti non possono essere utilizzati per un fotosensore indossabile.
Il gruppo di ricerca ha ora sviluppato con successo un fotosensore a punti quantici ad altissime prestazioni basato sui punti quantici ecologici di seleniuro di rame-indio (Cu-In-Se), che non contiene metalli pesanti. È stato generalmente accettato che i fotosensori basati su punti quantici ecologici abbiano scarse prestazioni. Ciononostante, il gruppo di ricerca ha migliorato le proprietà elettriche dei punti quantici ecologici controllandone le dimensioni e la composizione, ha sviluppato un nuovo strato di trasferimento di carica ibrido organico-inorganico, adatto per i punti, e ha creato uno strato quantico ecologico. fotosensore a punti che supera le prestazioni dei fotosensori a punti quantici tossici esistenti.
Il fotosensore ecologico a punti quantici creato dal gruppo di ricerca mostra elevate prestazioni del dispositivo anche con uno strato di assorbimento dei punti quantici di circa 40 nanometri (nm). Inoltre, mostra ottime prestazioni di rilevamento della luce senza fonte di alimentazione esterna. Queste due proprietà possono rappresentare un grande vantaggio per le applicazioni e l'utilizzo dei fotosensori indossabili.
Il team di ricerca ha inoltre sviluppato un sensore di pulsazioni indossabile combinando il fotosensore prodotto su un substrato flessibile a base polimerica con una sorgente luminosa. Il sensore aveva la flessibilità necessaria per funzionare stabilmente anche in un raggio di curvatura di 0,5 millimetri (mm) e poteva misurare stabilmente il polso anche in varie situazioni in cui c'è movimento, come camminare e correre, dopo essere stato attaccato al corpo umano .
Il professor Ji-woong Yang ha affermato:"Controllando la struttura dei punti quantici ecologici e sviluppando uno strato di trasferimento di carica ottimizzato per i punti, siamo stati in grado di realizzare un fotosensore a punti quantici ecologico ad alte prestazioni."
Il Professore dell'UNIST Moon-kee Choi ha dichiarato:"Siamo stati in grado di creare un sensore di impulsi ultrasottile con elevata flessibilità basato sul fotosensore ecologico a punti quantici che non richiede alcuna fonte di alimentazione esterna. Potrebbe essere utilizzato per varie applicazioni di fotosensori di prossima generazione , come telecamere Lidar e a infrarossi, nonché sistemi indossabili di monitoraggio sanitario."
Ulteriori informazioni: Shi Li et al, fotorilevatori ultrasottili autoalimentati a punti quantici Cu-In-Se privi di metalli pesanti per il monitoraggio sanitario indossabile, ACS Nano (2023). DOI:10.1021/acsnano.3c05178
Informazioni sul giornale: ACS Nano
Fornito dall'Istituto di scienza e tecnologia Daegu Gyeongbuk (DGIST)
