Le professeur Ji-woong Yang du Département des sciences et de l'ingénierie énergétiques de l'Institut des sciences et technologies de Daegu Gyeongbuk a développé avec succès le photocapteur à points quantiques écologique le plus performant au monde qui ne nécessite aucune source d'alimentation externe.

Il a été confirmé que le capteur photonique à points quantiques respectueux de l'environnement développé grâce à des recherches conjointes avec l'équipe de recherche du professeur Moon-kee Choi au Département de génie des nouveaux matériaux de l'Institut national des sciences et technologies d'Ulsan (UNIST) et l'équipe de recherche du professeur Dae-hyeong Kim. au Département de génie chimique et biomoléculaire de l'Université nationale de Séoul (président Hong-lim Ryu) peut mesurer de manière stable les signaux lumineux sans aucune source d'alimentation externe, grâce à l'effet photovoltaïque.

L'équipe de recherche commune a également produit un capteur de pouls ultra-fin pouvant être fixé sur la peau, basé sur ce photocapteur, et a introduit le capteur de pouls portable qui peut acquérir de manière stable des signaux de pouls malgré différentes déformations. Les travaux sont publiés dans la revue ACS Nano .

Ces dernières années, le vieillissement de la population et la pandémie de COVID-19 ont entraîné une demande croissante de dispositifs de surveillance des soins de santé pouvant être fixés sur le corps pendant une longue période pour acquérir des signaux biométriques. Toutefois, les photocapteurs traditionnels à base de silicium ne sont pas couramment utilisés dans la pratique car ils sont lourds et rigides, ce qui les rend inconfortables à porter pendant une longue période. Ils ne peuvent pas non plus acquérir de signaux biométriques avec précision car ils ne peuvent pas être en contact étroit avec la peau.

Le prix Nobel de chimie de cette année a été décerné à trois scientifiques qui ont découvert et développé des points quantiques, également connus comme les germes de la nanoscience. Les points quantiques sont des particules semi-conductrices ultrafines, qui ne mesurent que quelques nanomètres (nm, un milliardième de mètre), et leurs propriétés optiques et électriques supérieures à celles des matériaux semi-conducteurs traditionnels leur permettent de séparer rapidement les électrons et les trous électroniques.

Étant donné que les points quantiques présentent l’avantage d’un temps de réponse rapide lorsqu’ils sont utilisés comme photocapteurs, la recherche sur les photocapteurs basée sur les points quantiques a été largement menée. Cependant, la plupart des photocapteurs à points quantiques existants sont plus épais que quelques micromètres et la plupart des recherches utilisent des points quantiques, tels que le sulfure de plomb (PbS), qui contient des métaux lourds toxiques. Par conséquent, les points ne peuvent pas être utilisés dans la pratique pour un capteur photo portable.

L’équipe de recherche a désormais développé avec succès un photocapteur à points quantiques ultra-performants basé sur les points quantiques écologiques de séléniure de cuivre-indium (Cu-In-Se), qui ne contiennent pas de métaux lourds. Il était généralement admis que les photocapteurs basés sur des points quantiques respectueux de l’environnement avaient de mauvaises performances. Néanmoins, l'équipe de recherche a amélioré les propriétés électriques des points quantiques écologiques en contrôlant la taille et la composition des points, a développé une nouvelle couche de transfert de charge hybride organique-inorganique, adaptée aux points, et a créé un quantum écologique. photocapteur à points qui surpasse les performances des photocapteurs à points quantiques toxiques existants.

Le photocapteur à points quantiques respectueux de l'environnement créé par l'équipe de recherche présente des performances élevées, même avec une couche d'absorption de points quantiques d'environ 40 nanomètres (nm). De plus, il présente d’excellentes performances de détection de la lumière sans source d’alimentation externe. Ces deux propriétés peuvent constituer un grand avantage pour les applications et l'utilisation de capteurs photo portables.

L’équipe de recherche a également développé un capteur de pouls portable en combinant le photocapteur produit sur un substrat flexible à base de polymère avec une source de lumière. Le capteur avait la flexibilité de fonctionner de manière stable même dans un rayon de courbure de 0,5 millimètres (mm), et pouvait mesurer le pouls de manière stable même dans diverses situations où il y a du mouvement, comme la marche et la course, après avoir été attaché au corps humain. .

Le professeur Ji-woong Yang a déclaré :"En contrôlant la structure des points quantiques respectueux de l'environnement et en développant une couche de transfert de charge optimisée pour les points, nous avons pu créer un photocapteur à points quantiques écologique de haute performance."

Le professeur Moon-kee Choi de l'UNIST a déclaré :« Nous avons pu créer un capteur de pouls ultra-mince avec une grande flexibilité basé sur le capteur photo à points quantiques respectueux de l'environnement qui ne nécessite aucune source d'alimentation externe. Il pourrait être utilisé pour diverses applications de capteur photo de nouvelle génération. , tels que les caméras lidar et infrarouges, ainsi que les systèmes portables de surveillance des soins de santé."

Plus d'informations : Shi Li et al, Photodétecteurs à points quantiques Cu-In-Se ultra-fins auto-alimentés sans métaux lourds pour la surveillance de la santé des appareils portables, ACS Nano (2023). DOI :10.1021/acsnano.3c05178

Informations sur le journal : ACS Nano

Fourni par l'Institut des sciences et technologies de Daegu Gyeongbuk (DGIST)