O professor Ji-woong Yang do Departamento de Ciência e Engenharia de Energia do Instituto de Ciência e Tecnologia Daegu Gyeongbuk desenvolveu com sucesso o fotossensor de pontos quânticos ecológico de mais alto desempenho do mundo que não requer nenhuma fonte de energia externa.



Foi confirmado que o sensor fotônico de pontos quânticos ecológico foi desenvolvido por meio de pesquisa conjunta com a equipe de pesquisa do Professor Moon-kee Choi no Departamento de Engenharia de Novos Materiais, Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Ulsan (UNIST) e a equipe de pesquisa do Professor Dae-hyeong Kim. no Departamento de Engenharia Química e Biomolecular da Universidade Nacional de Seul (Presidente Hong-lim Ryu) pode medir sinais de luz de forma estável sem qualquer fonte de energia externa, devido ao efeito fotovoltaico.

A equipe conjunta de pesquisa também produziu um sensor de pulso ultrafino que pode ser conectado à pele com base neste fotossensor e introduziu o sensor de pulso vestível que pode adquirir sinais de pulso de forma estável, apesar das diferentes deformações. O trabalho está publicado na revista ACS Nano .

Nos últimos anos, o envelhecimento da população e a pandemia de COVID-19 levaram a uma procura crescente de dispositivos de monitorização de cuidados de saúde que possam ser fixados ao corpo durante um longo período de tempo para adquirir sinais biométricos. Os fotossensores tradicionais à base de silício, no entanto, não são comumente usados ​​na prática real porque são pesados ​​e rígidos, o que os torna desconfortáveis ​​de usar por um longo período de tempo. Eles também não conseguem adquirir sinais biométricos com precisão porque não podem estar em contato próximo com a pele.

O Prêmio Nobel de Química deste ano foi concedido a três cientistas que descobriram e desenvolveram pontos quânticos, também conhecidos como sementes da nanociência. Os pontos quânticos são partículas semicondutoras ultrafinas, com apenas alguns nanômetros (nm, um bilionésimo de metro) de tamanho, e suas melhores propriedades ópticas e elétricas do que os materiais semicondutores tradicionais permitem que separem rapidamente elétrons e buracos de elétrons.

Como os pontos quânticos têm a vantagem de um tempo de resposta rápido quando usados ​​​​como fotossensores, a pesquisa de fotossensores baseada em pontos quânticos tem sido amplamente conduzida. A maioria dos fotossensores de pontos quânticos existentes, no entanto, são mais espessos do que alguns micrômetros, e a maior parte da pesquisa usa pontos quânticos, como o sulfeto de chumbo (PbS), que contém metais pesados ​​tóxicos. Conseqüentemente, os pontos não podem ser usados ​​​​na prática para um fotossensor vestível.

A equipe de pesquisa desenvolveu agora com sucesso um fotossensor de pontos quânticos de altíssimo desempenho baseado nos pontos quânticos ecológicos de seleneto de cobre-índio (Cu-In-Se), que não contém metais pesados. Foi geralmente aceito que os fotossensores baseados em pontos quânticos ecológicos têm desempenho ruim. No entanto, a equipe de pesquisa melhorou as propriedades elétricas dos pontos quânticos ecológicos, controlando o tamanho e a composição dos pontos, desenvolveu uma nova camada de transferência de carga híbrida orgânico-inorgânica, que é adequada para os pontos, e criou um sistema quântico ecológico. fotossensor de pontos que supera o desempenho dos fotossensores de pontos quânticos tóxicos existentes.

O fotossensor de pontos quânticos ecológico criado pela equipe de pesquisa mostra alto desempenho do dispositivo, mesmo com uma camada de absorção de pontos quânticos de cerca de 40 nanômetros (nm). Além disso, apresenta excelente desempenho de detecção de luz sem fonte de alimentação externa. Essas duas propriedades podem servir como uma grande vantagem para aplicações e uso de fotossensores vestíveis.

A equipe de pesquisa também desenvolveu um sensor de pulso vestível combinando o fotossensor produzido em um substrato flexível à base de polímero com uma fonte de luz. O sensor tinha flexibilidade para ser operado de forma estável mesmo em um raio de curvatura de 0,5 milímetros (mm), podendo medir o pulso de forma estável mesmo em diversas situações onde há movimento, como caminhar e correr, após ser fixado ao corpo humano .

O professor Ji-woong Yang disse:"Ao controlar a estrutura dos pontos quânticos ecológicos e desenvolver uma camada de transferência de carga otimizada para os pontos, fomos capazes de fazer um fotossensor de pontos quânticos ecológico de alto desempenho."

O professor Moon-kee Choi da UNIST declarou:"Fomos capazes de criar um sensor de pulso ultrafino com alta flexibilidade baseado no fotossensor de pontos quânticos ecológico que não requer fonte de energia externa. Ele poderia ser usado para várias aplicações de fotossensores de próxima geração , como câmeras lidar e infravermelhas, bem como sistemas vestíveis de monitoramento de cuidados de saúde."

Mais informações: Shi Li et al, Fotodetectores de pontos quânticos de Cu-In-Se ultrafinos e autoalimentados, livres de metais pesados, para monitoramento de saúde vestível, ACS Nano (2023). DOI:10.1021/acsnano.3c05178
Informações do diário: ACS Nano

Fornecido pelo Instituto de Ciência e Tecnologia Daegu Gyeongbuk (DGIST)