NTU Singapore العلماء يخلقون أجهزة استشعار عالية الأداء عالية الأداء للاستخدام في الملابس

لتمكين تطوير الأجهزة التي يمكن ارتداؤها التي تمتلك وظائف الكشف عن الأشعة فوق البنفسجية المتقدمة (UV)، قام العلماء من جامعة نانيانغ التكنولوجية، سنغافورة (NTU Singapore) بإنشاء جديد نوع من خفيفة المستشعر الذي هو مرن ومراعي للغاية.

بينما غير مرئية للعين البشرية، فإن الأشعة فوق البنفسجية تحيط بنا في بيئتنا، والتعرض المفرط يمكن أن يسبب قضايا صحية بما في ذلك سرطان الجلد والشيخوخة الجلد المبكرة. الشدة يتم الإبلاغ عن أشعة الأشعة فوق البنفسجية عادة من خلال مؤشر أثناء تقارير الطقس. جهاز يمكن ارتديه، مثل تي شيرت أو مشاهدة يراقب التعرض الفعلي للأشعة فوق البنفسجية الفعلية طوال اليوم، سيكون دليلا مفيدا وأكثر دقة للناس الذين يسعون إلى تجنب الشمس الأضرار. في دراستهم، التي ظهرت على الغلاف الأمامي لمجلة ACS Nano، ذكر الباحثون NTU أن أجهزة استشعار الضوء للأشعة فوق البنفسجية المرنة كانت أكثر استجابة 25 مرة، و 330 مرة أكثر حساسية، من أجهزة الاستشعار الموجودة، تتجاوز مستوى الأداء مطلوب للتطبيقات الإلكترونية الضوئية - أو الالكترونيات الخفيفة. تستخدم أجهزة استشعار الضوء للأشعة فوق البنفسجية، المعروفة أيضا باسم الضوئية، في مجموعة واسعة من الأنظمة، من الهواتف الذكية إلى التصوير الطبي الطبيعي. على مدى العقود الماضية، غاليوم اكتسبت Nitride (Gan) شهرة كمواد مثالية لتصنيع أجهزة استشعار الضوء للأشعة فوق البنفسجية، إلى حد كبير بسبب خصائصها المتفوقة في انبعاث وتنظيمها ونقل الضوء والاستشعار. ومع ذلك، فإن معظم أجهزة استشعار الأشعة فوق البنفسجية المستندة إلى GAN اليوم مبنية على طبقات صلبة، مما يحد من استخدامها في المنتجات المرنة والأرهة. في حين طور الباحثون في أماكن أخرى أجهزة استشعار الأشعة فوق البنفسجية مرنة من الأشعة فوق البنفسجية مرنة، فإنهم لم يحققوا مستوى الأداء المطلوب للاستخدام الحديث في الفن. اثنين من أكبر التحديات الخاصة بهم منخفضة الاسرابة والحساسية المنخفضة.

يتغلب اختراع NTU القيود على أجهزة استشعار ضوء الأشعة فوق البنفسجية جامدة

يتغلب فريق NTU هذه القيود عن طريق إنشاء أجهزة استشعار خفيفة من الأشعة فوق البنفسجية المرنة على رقاقة أشباه الموصلات 8 بوصات، باستخدام طبقات مجانية واحدة من Gan والألمنيوم نيتريد نيتريد (الجزجان)، مرتبة باستخدام الأغشية التي تتكون من طبقتين من أشباه الموصلات رقيقة مختلفة (الأغشية غير المتجانسة). يسمح هذا النوع من هيكل أشباه الموصلات، والتي يمكن تصنيعها باستخدام طرق متوافقة مع الصناعية الحالية، والمواد أن تثني بسهولة، مما يجعلها مثالية للاستخدام في أجهزة استشعار مرنة. في نفس الوقت، يتغير التركيب الكيميائي للمواد مع العمق، مما يعني أن الأداء العالي يتم الحفاظ عليه حتى عندما يتعلق الأمر بالضغط. في الاختبارات المختبرية، تم إنشاء أجهزة استشعار ضوء الأشعة فوق البنفسجية المرنة NTU باستخدام الرواية مجتمعة جندي و Gan تدير في مستويات عالية للغاية من المستشيب والحساسية. يتعرضون للاختبارات الانحائية والعالية في درجة الحرارة، كما أنها حافظت أيضا على أداء جيد. تحت راي NGE من السلالات الخارجية (الضغط، المسطح، والشعيل)، سجلت المستشعرات مستوى استجابة تتراوح بين 529 - 1340 أمبير / واط (وحدة تستخدم لقياس قدرة الجهاز على نقل إشارة بصرية إلى إشارة كهربائية)، والتي هي أعلى 100 مرة أعلى من أجهزة استشعار الأشعة فوق البنفسجية الموجودة. ظلت هذه الاستجابة مستقرة بعد 100 دورة من الانحناء المتكرر، مما يدل على إمكانية دمجها في الأذواق.

يفتح الابتكار الباب إلى التكنولوجيا المرنة التي يمكن ارتداؤها بالأشعة فوق البنفسجية

باحث رئيسي، أستاذ مساعد NTU كيم منيو من كلية الهندسة الإلكترونية والكهربائية، وقال إن الأداء العالي من أجهزة استشعار ضوء الأشعة فوق البنفسجية المرنة في الفريق يثبت أنه سيكون يكون من الممكن تصنيع إلكترونيات خفيفة الوزن ومرنة واسعة النطاق للاستخدام في التطبيقات المستندة إلى الضوء في المستقبل. يمكن أن يؤدي إنجاز فريق NTU إلى تقدم كبير في الأجهزة الإلكترونية الضوئية للأشعة فوق البنفسجية وأضاف الدوائر Asst Prof Kim، حيث يمكن لمهندسين المنتجين الآن أن نتطلع إلى تطوير الأنظمة التي يمكن ارتداؤها بالأشعة فوق البنفسجية. "في حين أن أداء الشكل الصلب من أجهزة استشعار ضوئية ذات الأشعة فوق البنفسجية المستندة إلى GAN قد تحسنت بشكل كبير مع العديد من الابتكارات الهيكلية على مدى السنوات الماضية، فإن النسخة المرنة لا تزال في مهدها وأدائها وراء ذلك وقال Asst الأستاذ كيم كيم "نظيره جامد"، قال أستاذ الأسو الأستاذ كيم. "لدينا أجهزة استشعار خفيفة مرنة للأشعة فوق البنفسجية عالية الأداء التي أنشأناها تمهيد الطريق إلى الأمام لمجموعة واسعة من المستقبل يمكن ارتداؤها القفز، مثل المراقبة الصحية الذكية الشخصية، حيث يمكن للناس قياس مستويات التعرض الخاصة بالأشعة فوق البنفسجية بدقة طوال اليوم لتقليل خطر الإصابة بسرطان الجلد ". سرطان الجلد، أحد أكثر أنواع السرطان شيوعا على مستوى العالم، يسبب في المقصود بشكل أساسي للإشعاع بالأشعة فوق البنفسجية من الشمس. في مناطق مثل أستراليا، والتي لديها أعلى معدل بسرطان الجلد في العالم، يقدر أن حوالي 2 في 3 سيتم تشخيص شخص مصاب بسرطان الجلد بحلول الوقت الذي يصل فيه إلى سن 70، وفقا للبيانات التي جمعها صندوق أبحاث السرطان العالمي. 1 "يمكن منع سرطان الجلد عن طريق حماية الجلد من التعرض للشمس المفرط. في هذا السياق، أ يقول فريق البحث إن جهاز يمكن ارتداؤه موثوق يمكنه تتبع التعرض للأشعة فوق البنفسجية قد يكون أداة مفيدة للمساعدة في مراقبة التعرض الموصى به، خاصة لأولئك الذين يقضون الكثير من الوقت في الهواء الطلق ". تسليط الضوء على أهمية العمل الذي قام به فريق أبحاث NTU، قال أستاذ مشارك تشاو هونغينغ من قسم الهندسة الكهربائية والكمبيوتر بجامعة ولاية أوهايو، الولايات المتحدة الأمريكية، التي لا تشارك في البحث، "هذه المظاهرة على منصة مرنة تفتح سارا س portunities ليس فقط في ضوئي الأشعة فوق البنفسجية ولكن أيضا تطبيقات الأجهزة الإلكترونية والإلكترونية الأخرى أيضا. " اتخذ المشروع لتطوير أجهزة استشعار ضوء الأشعة فوق البنفسجية المرنة فريق NTU عامين من التصميم والتصنيع والاختبار. المضي قدما، يتطلع الباحثون إلى وضع تصوير الأشعة فوق البنفسجية من نوع العين والتطبيقات الأخرى باستخدام ابتكارها.

حول جامعة نانيانغ التكنولوجية، سنغافورة