Невидимые для человеческого глаза ультрафиолетовые лучи окружают нас в окружающей среде, и чрезмерное воздействие может вызвать проблемы со здоровьем, включая рак кожи и преждевременное старение кожи. Интенсивность УФ-лучей обычно указывается в индексах во время сводок погоды.
Носимое устройство, такое как футболка или часы, которые отслеживают фактическое воздействие ультрафиолета в течение дня, было бы полезным и более точным руководством для людей, стремящихся избежать повреждения солнцем.
В своем исследовании, которое было показано на обложке рецензируемого журнала ACS Nano, исследователи NTU сообщили, что их гибкие датчики УФ-излучения в 25 раз более отзывчивы и в 330 раз более чувствительны, чем существующие датчики, что превышает уровень производительности. требуется для оптоэлектронных приложений или световой электроники.
Датчики УФ-излучения, также известные как фотодетекторы, используются в широком спектре систем, от смартфонов до биомедицинской визуализации. За последние десятилетия нитрид галлия (GaN) приобрел известность как идеальный материал для изготовления датчиков ультрафиолетового излучения, во многом благодаря своим превосходным свойствам в отношении излучения, регулирования, передачи и восприятия света.
Однако большинство УФ-датчиков на основе GaN сегодня построены на жестких слоях, что ограничивает их использование в гибких и носимых продуктах.
Хотя исследователи в других местах разработали гибкие УФ-датчики на основе GaN, они не достигли уровня производительности, необходимого для современного использования. Две из их самых больших проблем – низкая отзывчивость и низкая чувствительность.
Изобретение NTU преодолевает ограничения жестких датчиков ультрафиолетового излучения
Команда NTU преодолела эти ограничения, создав свои гибкие датчики ультрафиолетового излучения на полупроводниковой пластине диаметром 8 дюймов, используя отдельно стоящие монокристаллические слои GaN и нитрида алюминия-галлия (AlGaN), расположенные с использованием мембран, состоящих из двух разных тонких полупроводников. слои (гетероструктурные мембраны).
Этот тип полупроводниковой структуры, которая может быть изготовлена с использованием существующих промышленных совместимых методов, позволяет легко сгибать материал, что делает его идеальным для использования в гибких датчиках. В то же время химический состав материала изменяется с глубиной, а это означает, что высокие характеристики сохраняются даже при нагрузке.
В лабораторных испытаниях гибкие датчики ультрафиолетового излучения NTU, созданные с использованием нового комбинированного AlGaN и GaN, работали с чрезвычайно высокими уровнями чувствительности и чувствительности. Подвергаясь многократным испытаниям на изгиб и высокую температуру, они также сохранили хорошие характеристики.
В диапазоне внешних деформаций (сжатие, плоское и растягивающее) датчики зарегистрировали уровень чувствительности от 529 до 1340 ампер / ватт (единица измерения, используемая для измерения способности устройства передавать оптический сигнал в электрический сигнал). , что примерно в 100 раз выше, чем у существующих УФ-датчиков. Эта чувствительность оставалась стабильной после 100 циклов повторяющихся изгибов, демонстрируя свой потенциал для интеграции в носимые устройства.
Инновации открывают двери для гибких носимых технологий с УФ-излучением
Ведущий исследователь, доцент NTU Ким Мунхо из Школы электроники и электротехники, сказал, что высокая производительность гибких датчиков ультрафиолетового излучения доказывает, что было бы целесообразно производить крупномасштабную легкую и гибкую электронику для использования в будущем в соответствующих осветительных приборах. основанные на приложениях.
Достижение команды NTU может привести к значительному?«Невозможно продвинуться в области УФ-оптоэлектронных устройств и схем», добавил Асст Проф Ким, поскольку инженеры по продуктам теперь могут рассчитывать на разработку носимых систем с УФ-подсветкой.
«Несмотря на то, что характеристики жесткой формы датчиков ультрафиолетового излучения на основе GaN были значительно улучшены за счет различных конструктивных инноваций за последние годы, ?гибкая версия остается в зачаточном состоянии, и их производительность намного ниже, чем у жестких аналогов », – сказал профессор Ким.
«Наши высокопроизводительные гибкие датчики ультрафиолетового излучения, которые мы создали, открывают путь к широкому спектру будущих носимых приложений, таких как персональный интеллектуальный мониторинг здоровья, где люди могут точно измерять уровни своего УФ-облучения в течение дня, чтобы снизить свои риски. рака кожи."
Рак кожи, один из наиболее распространенных видов рака во всем мире, в первую очередь вызван чрезмерным воздействием ультрафиолетового излучения солнца. В таких регионах, как Австралия, где самый высокий уровень рака кожи в мире, согласно данным, собранным World Фонд исследования рака.
«Рак кожи можно предотвратить, защитив кожу от чрезмерного воздействия солнца. В этом контексте надежное носимое устройство, которое может отслеживать воздействие УФ-излучения, может быть удобным инструментом для отслеживания рекомендуемого воздействия, особенно для тех, кто проводит много времени на открытом воздухе », – говорит исследовательская группа.
Подчеркивая важность работы, проделанной исследовательской группой NTU, доцент Чжао Хунпин с факультета электротехники и вычислительной техники Университета штата Огайо, США, который не участвует в исследовании, сказал: «Эта демонстрация на гибкой платформе открывает широкие возможности не только в УФ-фотодетекторах, но и в других оптоэлектронных и электронных устройствах."
На разработку гибких датчиков ультрафиолетового излучения команде NTU потребовалось два года на проектирование, изготовление и испытания.
Двигаясь вперед, исследователи стремятся разработать УФ-формирователи изображений глазного типа и другие приложения, используя свои инновации.