Esnek giyilebilir terahertz görüntüleyici: karbon nanotüplerden yapılmıştır!
Kılavuz
Kısa süre önce, Japonya'daki Tokyo Teknoloji Enstitüsü, kimyasal olarak "ayarlanabilir" karbon nanotüp malzemelerine dayalı esnek bir terahertz görüntüleyici geliştirdi. Bu araştırma sonuçları, terahertz teknolojisinin uygulama aralığını, etrafını saran giyilebilir cihazları ve geniş alanlı fotonik cihazları içerecek şekilde genişletti.
arka fon
Karbon nanotüpler (CNT'ler), şekil olarak, altıgen bir şekilde düzenlenmiş birkaç ila onlarca karbon atomu katmanına sahip temelde eşeksenli yuvarlak tüplerdir. Tek boyutlu bir nanomateryal olarak hafiftir, altıgen yapıda mükemmel bir şekilde bağlanır ve birçok sıra dışı mekanik, elektriksel ve kimyasal özelliğe sahiptir.
(Resim kaynağı: Wikipedia)
Mükemmel elektrik iletkenliği ve benzersiz fiziksel özellikleri nedeniyle, karbon nanotüpler artık elektronik dünyasında bir araştırma patlaması başlatıyor ve ayrıca yeni nesil elektronik cihazlar, özellikle esnek elektronik cihazlar için çok uygunlar.
Karbon nanotüplerin ilgili uygulamaları hakkında size daha doğrudan bir anlayış sağlamak için, geçmişte sunduğum üç durumu gözden geçirelim:
1) Suudi Arabistan'daki Kral Abdullah Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nden araştırmacılar, basınç mukavemetini ve konumunu tespit edebilen akıllı iplikler oluşturmak için pamuk ipliklerini egzotik malzemelerle kaplamak için tek duvarlı karbon nanotüpler (SWCNT'ler) kullandılar.
(Resim kaynağı: Kral Abdullah Bilim ve Teknoloji Üniversitesi)
2) Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Rice Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, karbon nanotüp fiberlerden yapılmış bir kablosuz anten geliştirdiler.Performansı bakır antenlerle karşılaştırılabilir, ancak ağırlık yalnızca 1 / 20'dir. Ağırlık ve esneklik açısından avantajları nedeniyle bu antenin havacılık alanında ve giyilebilir elektronik cihazlarda kullanılması bekleniyor.
(Fotoğraf kredisi: Jeff Fitlow / Rice Üniversitesi)
3) Urbana-Champaign'deki Illinois Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, antik çağlarda doğanın bileşik yapısını yansıtan, yüksek iletkenliğe ve bakır filmlerden 50 kat daha tokluğa sahip ultra ince karbon nanotüp tekstili sentezlediler. Akıllı kumaşlar, akıllı ciltler ve bir dizi esnek elektronik ürün için uygundur.
(Resim kaynağı: Illinois Üniversitesi)
Bugün odak noktamız, karbon nanotüplerin terahertz (THz) alanında uygulanmasıdır. . Dün yazarın makalesi terahertz teknolojisi hakkındaydı. Mikrodalgalar ve kızılötesi ışınlar arasında, 100GHz ila 10THz frekans aralığına sahip elektromanyetik dalgaları ifade eden terahertz dalgaları kavramını tekrar gözden geçirelim. Terahertz teknolojisi, radyo astronomisi, tıp, iletişim, radar, elektronik karşı önlemler, elektromanyetik silahlar, tahribatsız muayene ve askeri gibi birçok alanda kullanılabilir.
Terahertz cihazları, karbon nanotüplerin en umut verici uygulamalarından biridir. Terahertz görüntüleyiciler, geleneksel görüntüleme sistemlerine giderek daha güvenli ve uygulanabilir bir alternatif haline geliyor.Havalimanı güvenliği, gıda denetimi, sanat değerlendirme, tıbbi ve çevresel algılama teknolojisi ve diğer birçok açıdan kullanılabilirler.
(Resim kaynağı: Barmak Heshmat)
Pek çok endüstriyel uygulama, gerçek zamanlı görüntüleme için terahertz dedektörlere ihtiyaç duyar.Bu talep, düşük maliyetli esnek terahertz görüntüleme sistemlerinin geliştirilmesine yönelik bilimsel araştırmaları motive etmektedir. Örneğin, 2016 yılında, Tokyo Teknoloji Enstitüsü'ndeki Disiplinlerarası Araştırma Laboratuvarı'ndan Yukio Kawano, aynı zamanda bu alanda dünyaca ünlü bir uzman, çok dizili karbon nanotüplere dayalı giyilebilir terahertz teknolojisini duyurdu.
Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi: karbon nanotüp dizilerini kullanan terahertz görüntüleme sistemi insan ellerini görüntüler. (Sol) Görüntüleme cihazına bir insan eli yerleştirilir; (Sağ) Bir insan elinin taranmış görüntüsü.
(Resim kaynağı: Tokyo Teknoloji Enstitüsü)
Kawano ve ekibi, çeşitli karbon nanotüp malzemelerinin terahertz algılama performansını inceliyor. Bununla birlikte, endüstriyel uygulamaların ihtiyaçları için, karbon nanotüplere dayalı terahertz teknolojisi, iyileştirme için hala çok yer var.
Yenilikçilik
Kısa bir süre önce Japonya'daki Tokyo Teknoloji Enstitüsü, karbon nanotüp filme dayalı esnek bir terahertz görüntüleyici geliştirdi.Bu görüntüleyici, terahertz dedektörünün performansını optimize etmek için ince ayar yapılabilir. Araştırma sonuçları ACS Applied Nano Materials dergisinde yayınlandı.
(Resim kaynağı: referans [2])
teknoloji
Yeni terahertz görüntüleyici, kimyasal olarak ayarlanabilen yarı iletken bir karbon nanotüp filme dayanmaktadır. Araştırmacılar, 30 mikron kalınlığındaki bir karbon nanotüp film için terahertz yapabildiklerini göstermek için "sıvı iyonik geçit" (taşıyıcıların özelliklerini ayarlamak için bir teknik) adı verilen bir teknik kullandılar. Dedektör performansıyla ilgili temel faktörler yüksek düzeyde kontrol edilir. Bu kalınlık seviyesi, görüntüleyicinin kendi kendini destekleyen şeklini ve esnekliğini koruması için önemli bir garantidir.
Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi: karbon nanotüplere dayalı esnek bir terahertz görüntüleyici. (a) Terahertz görüntüleyici parmağa yerleştirilir ve kavisli yüzeyi kolayca kapatabilir. (b) Parmak uçlarına takılı esnek terahertz görüntüleyiciyi yerleştirerek ve döndürerek, tüpün hasarı açıkça tespit edilebilir.
(Resim kaynağı: Tokyo Teknoloji Enstitüsü)
Ekip şunları söyledi: "Buna ek olarak, değişken konsantrasyonlu doping çözümüne dayalı olarak geçitsiz bir Fermi seviyesi (derece mutlak sıfır olduğunda bir katı enerji bandında elektronlarla dolu en yüksek enerji seviyesi) geliştirdik ve bir süreç oluşturduk. Fermi seviyesinde ayarlanmış PN bağlantısı (P-tipi yarı iletken ve N-tipi yarı iletken malzeme arasındaki arayüz) karbon nanotüp terahertz görüntüleyici. "Bu tür bir görüntüleyiciyi kullanan deneylerde, araştırmacılar metali standart zarf içinde başarıyla analiz etti. Ataç görüntülendi.
Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi: temassız ve tahribatsız görüntüleme.
(Resim kaynağı: Tokyo Teknoloji Enstitüsü)
değer
Terahertz görüntüleyicinin esnekliği ve daha fazla ayarlama imkanı, yakın gelecekte geliştirilen karbon nanotüp tabanlı cihazların uygulama aralığını genişletecektir.
Ayrıca, mürekkep püskürtmeli kaplama gibi düşük maliyetli üretim çözümleri, geniş alanlı terahertz görüntüleme ekipmanının uygulanmasını kolaylaştıracaktır.
Anahtar kelime
Terahertz, karbon nanotüpler, esnek elektronikler
Referans
[1] https://www.titech.ac.jp/english/news/2018/041828.html
[2] Daichi Suzuki, Yuki Ochiai, Yota Nakagawa, Yuki Kuwahara, Takeshi Saito, Yukio Kawano. Esnek Terahertz Görüntüleyiciler için Fermi Düzeyinde Kontrollü Yarı İletkenle Ayrılmış Karbon Nanotüp Filmler. ACS Uygulamalı Nano Malzemeler, 2018, 1 (6), pp 24692475 DOI: 10.1021 / acsanm.8b00421
[3] https://www.titech.ac.jp/english/news/2016/036652.html
