Vědci vytvořili ekologické „kvantové inkousty“, které mohou nahradit toxické kovy v infračervených detektorech. Průlom by mohl zrychlit, čistší a dostupnější noční vidění a dostupnější pro širší škálu průmyslových odvětví.
Toxické kovy vs. infračervené inovace
Výrobci infračervených kamer čelí rostoucí výzvě. Mnoho materiálů použitých v dnešních detektorech, včetně toxických těžkých kovů, je nyní podle předpisů o životním prostředí omezeno. V důsledku toho se společnosti často ocitají nucené vybrat si mezi udržováním výkonu nebo splnění standardů dodržování předpisů.
Tato pravidla zpřísňování zpomalovala šíření infračervených technologií na civilních trzích, i když zájem roste v oblastech, jako jsou vozidla s vlastním pohonem, lékařské zobrazování a národní bezpečnost.
Tým NYU Tandon School of Engineering zavedl slibnou alternativu ve studii zveřejněné v ACS aplikované materiály a rozhraní. Jejich přístup nahrazuje rtuť, olovo a další omezené látky kvantovými tečkami, které mohou detekovat infračervené světlo, aniž by se spoléhaly na nebezpečné materiály.
Alternativa kvantové tečky
Místo tradičních, pomalých a nákladných výrobních metod, které vyžadují, aby atomy byly umístěny s extrémní přesností napříč pixely detektoru (podobné pečlivé sestavení hádanky pod mikroskopem) se vědci obrátili na koloidní kvantové tečky.
Tyto kvantové tečky jsou vytvářeny výhradně v kapalné formě, jako je míchání inkoustu, a poté se aplikují pomocí škálovatelných technik povlaku, která jsou již běžná v průmyslových odvětvích, jako je balení a novinový tisk. Přechod z konstrukce atomu po atomovém procesu by mohl snížit výrobní náklady na výrobu a rozsáhlé komerční využití infračervených detektorů mnohem proveditelnější.
Průmyslová úzká místa a průlomy
„Toto odvětví čelí dokonalé bouři, kde se předpisy o životním prostředí zpřísňují, stejně jako poptávka po infračerveném zobrazování exploduje,“ řekl Ayastanta Sahu, docent na Katedře chemického a biomolekulárního inženýrství (CBE) v NYU Tandon a vedoucí autor studie. „To vytváří skutečné překážky pro společnosti, které se snaží rozšířit produkci tepelných zobrazovacích systémů.“
Další výzvou, kterou vědci oslovili, bylo, aby byl inkoust kvantový tečka dostatečně vodivý, aby předal signály z příchozího světla. Dosáhli toho pomocí techniky zvané výměna ligandu na roztoku, která přizpůsobuje chemii kvantové povrchové chemie pro zvýšení výkonu v elektronických zařízeních. Na rozdíl od tradičních výrobních metod, které často opouštějí prasklé nebo nerovnoměrné filmy, tento proces založený na řešení přináší hladké a jednotné povlaky v jednom kroku-ideální pro škálovatelné výrobu.
Planoucí rychle a citlivost
Výsledná zařízení vykazují pozoruhodný výkon: reagují na infračervené světlo na mikrosekundovém časovém měřítku – pro srovnání lidské oko bliká rychlostí stovkykrát pomaleji – a mohou detekovat signály jako slabé jako nanowatt světla.
„Co mě vzrušuje, je to, že můžeme mít materiál dlouho považován za příliš obtížný pro skutečná zařízení a inženýr, aby byl konkurenceschopnější,“ řekl postgraduální výzkumník Shlok J. Paul, hlavní autor studie. „S více času má tento materiál potenciál zářit hlouběji v infračerveném spektru, kde pro takové úkoly existuje jen málo materiálů.“
Transparentní elektrody: chybějící kus
Tato práce přidává dřívější výzkum stejných hlavních vědců který vyvinul nové průhledné elektrody pomocí stříbrných nanowire. Tyto elektrody zůstávají vysoce transparentní na infračervené světlo a zároveň efektivně shromažďují elektrické signály a oslovují jednu složku systému infračerveného fotoaparátu.
V kombinaci s jejich dřívějšími transparentními elektrodami se tento vývoj týká jak hlavních složek infračervených zobrazovacích systémů. Kvantové tečky poskytují schopnost snímání environmentálně kompatibilní, zatímco průhledné elektrody zpracovávají sběr a zpracování signálů.
Směrem k rozsáhlému infračerveného pole
Tato kombinace se zabývá výzvami ve velkých infračervených zobrazovacích polích, která vyžadují vysoce výkonnou detekci napříč širokými oblastmi a čtení signálu z milionů jednotlivých detektorových pixelů. Transparentní elektrody umožňují světlo dosáhnout kvantových detektorů DOT a zároveň poskytují elektrické dráhy pro extrakci signálu.
„Každá infračervená kamera v Tesla nebo smartphonu potřebuje detektory, které splňují environmentální standardy a přitom zůstávají nákladově efektivní,“ řekl Sahu. „Náš přístup by mohl pomoci zpřístupnit tyto technologie.“
Výkon stále nedosahuje nejlepších detektorů na bázi těžkých kovů v některých měřeních. Vědci však očekávají, že pokračující pokrok v syntéze kvantové tečky a inženýrství zařízení by mohlo tuto mezeru snížit.
Reference: „Bez těžkých kovů zdarma ag2SE Quantum Dot Inks pro detekci krátkodobých infračervených infračerveností “od Shloku J. Paul, Letian Li, Zheng Li, Thomas Kywe, Ana Vataj a Ayaskanta Sahu, 11. září 2025, ACS aplikované materiály a rozhraní.
Doi: 10.1021/acsami.5c12011
Kromě Sahu a Paula jsou autoři papíru Letian Li, Zheng Li, Thomas Kywe a Ana Vataj, všichni z NYU Tandon CBE. Práce byla podporována Úřadem pro námořní výzkum a Agentura pro výzkum agentury Defence Advanced Research Projects Agency.
Nikdy nezmeškáte průlom: Připojte se k zpravodaji Scitechdaily.
Sledujte nás Google, Objevita Zprávy.
