Exemple des piliers de pérovskite déposés, définir un pixel pour la création d'une image. Crédit :L. Forró, EPFL.
Depuis que Wilhelm Röntgen les a découverts en 1895, Les rayons X sont devenus un incontournable de l'imagerie médicale. En réalité, à peine un mois après la publication du célèbre article de Röntgen, des médecins du Connecticut ont pris la toute première radiographie du poignet cassé d'un garçon.
Il y a eu beaucoup de progrès depuis. En dehors des radiographies, que la plupart des gens ont pris au moins une fois dans leur vie, les utilisations médicales des rayons X d'aujourd'hui comprennent la fluoroscopie, radiothérapie pour le cancer, et la tomographie par ordinateur (CT), qui prend plusieurs radiographies du corps sous différents angles, puis les combine dans un ordinateur pour générer des "tranches" transversales virtuelles d'un corps.
Néanmoins, l'imagerie médicale fonctionne souvent dans des conditions de faible exposition, et nécessite donc un bon rapport coût-efficacité, des détecteurs à haute résolution pouvant fonctionner à ce qu'on appelle un "faible flux de photons". Le flux de photons décrit simplement combien de photons frappent le détecteur à un moment donné et détermine le nombre d'électrons qu'il génère à son tour.
Maintenant, des scientifiques dirigés par László Forró à l'École des sciences fondamentales ont développé exactement une telle unité de dispositif. En utilisant l'impression par jet d'aérosol 3-D, ils ont développé une nouvelle méthode pour produire des détecteurs de rayons X hautement efficaces qui peuvent être facilement intégrés dans la microélectronique standard pour améliorer considérablement les performances des appareils d'imagerie médicale.
Les nouveaux détecteurs sont constitués de graphène et de pérovskites, qui sont des matériaux constitués de composés organiques liés à un métal. Ils sont polyvalents, facile à synthétiser, et sont à la pointe d'un large éventail d'applications, y compris dans les cellules solaires, Lumières LED, laser, et photodétecteurs.
Représentation schématique de la méthode d'impression par jet d'aérosol développée dans cette étude. La solution de pérovskite d'iodure de plomb de méthylammonium agitée est focalisée à une position prédéfinie au niveau de la buse par l'azote (N2). La particularité du matériau est que les nanocristaux formés en vol ne s'étalent pas sur le substrat de graphène, permettant la création d'architectures 3D. Crédit :Glushkova et al ACS Nano .
L'impression par jet d'aérosol est assez récente, et est utilisé pour fabriquer des composants électroniques imprimés en 3D comme des résistances, condensateurs, antennes, capteurs, et des transistors en couches minces ou encore de l'électronique d'impression sur un substrat particulier, comme le cas du téléphone portable.
A l'aide du dispositif d'impression à jet d'aérosol du CSEM de Neuchâtel, les chercheurs ont imprimé en 3D des couches de pérovskite sur un substrat de graphène. L'idée est que, dans un appareil, la pérovskite agit comme détecteur de photons et déchargeur d'électrons tandis que le graphène amplifie le signal électrique sortant.
L'équipe de recherche a utilisé la pérovskite d'iodure de plomb méthylammonium (MAPbI3), qui a récemment attiré beaucoup d'attention en raison de ses propriétés optoélectroniques fascinantes, qui se marient bien avec son faible coût de fabrication. "Cette pérovskite a des atomes lourds, qui fournissent une section efficace de diffusion élevée pour les photons, et fait de ce matériau un candidat parfait pour la détection aux rayons X, " dit Endre Horváth, le chimiste de l'équipe de recherche.
Les résultats étaient bluffants. La méthode a produit des détecteurs de rayons X avec une sensibilité record et une amélioration de quatre fois par rapport aux meilleurs appareils d'imagerie médicale de leur catégorie.
"En utilisant des pérovskites photovoltaïques avec du graphène, la réponse aux rayons X a considérablement augmenté, " dit Forró. " Cela signifie que si nous utilisions ces modules dans l'imagerie par rayons X, la dose de rayons X requise pour former une image pourrait être diminuée de plus de mille fois, diminuant le risque pour la santé de ce rayonnement ionisant de haute énergie pour les humains. »
Un autre avantage du détecteur pérovskite-graphène est qu'il est simple de former des images à l'aide de celui-ci. "Il n'a pas besoin de photomultiplicateurs sophistiqués ou d'électronique complexe, ", dit Forró. "Cela pourrait être un réel avantage pour les pays en développement."
L'étude est publiée dans ACS Nano .
