El profesor Ji-woong Yang del Departamento de Ciencia e Ingeniería Energética del Instituto de Ciencia y Tecnología Daegu Gyeongbuk ha desarrollado con éxito el fotosensor de puntos cuánticos ecológico de mayor rendimiento del mundo que no requiere ninguna fuente de energía externa.

Se confirmó que el sensor fotónico de punto cuántico ecológico se desarrolló mediante una investigación conjunta con el equipo de investigación del profesor Moon-kee Choi en el Departamento de Ingeniería de Nuevos Materiales, el Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan (UNIST) y el equipo de investigación del profesor Dae-hyeong Kim. en el Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular de la Universidad Nacional de Seúl (presidente Hong-lim Ryu) puede medir de manera estable señales luminosas sin ninguna fuente de energía externa, debido al efecto fotovoltaico.

El equipo de investigación conjunto también produjo un sensor de pulso ultrafino acoplable a la piel basado en este fotosensor, e introdujo el sensor de pulso portátil que puede adquirir señales de pulso de manera estable a pesar de diferentes deformaciones. El trabajo está publicado en la revista ACS Nano .

En los últimos años, el envejecimiento de la población y la pandemia de COVID-19 han provocado una creciente demanda de dispositivos de seguimiento de la atención sanitaria que puedan conectarse al cuerpo durante un largo período de tiempo para adquirir señales biométricas. Sin embargo, los fotosensores tradicionales basados ​​en silicio no se utilizan comúnmente en la práctica real porque son pesados ​​y rígidos, lo que los hace incómodos de usar durante un largo período de tiempo. Tampoco pueden adquirir señales biométricas con precisión porque no pueden estar en estrecho contacto con la piel.

El Premio Nobel de Química de este año fue otorgado a tres científicos que descubrieron y desarrollaron puntos cuánticos, también conocidos como las semillas de la nanociencia. Los puntos cuánticos son partículas semiconductoras ultrafinas, que tienen un tamaño de sólo unos pocos nanómetros (nm, una milmillonésima parte de un metro), y sus mejores propiedades ópticas y eléctricas que los materiales semiconductores tradicionales les permiten separar rápidamente electrones y huecos de electrones.

Dado que los puntos cuánticos tienen la ventaja de un tiempo de respuesta rápido cuando se utilizan como fotosensores, se han llevado a cabo ampliamente investigaciones sobre fotosensores basados ​​en puntos cuánticos. Sin embargo, la mayoría de los fotosensores de puntos cuánticos existentes tienen un grosor superior a unos pocos micrómetros, y la mayor parte de las investigaciones utilizan puntos cuánticos, como el sulfuro de plomo (PbS), que contiene metales pesados ​​tóxicos. Por lo tanto, en la práctica los puntos no se pueden utilizar para un fotosensor portátil.

El equipo de investigación ha desarrollado con éxito un fotosensor de puntos cuánticos de rendimiento ultraalto basado en puntos cuánticos ecológicos de seleniuro de cobre-indio (Cu-In-Se), que no contiene metales pesados. En general, se aceptaba que los fotosensores basados ​​en puntos cuánticos ecológicos tenían un rendimiento deficiente. No obstante, el equipo de investigación mejoró las propiedades eléctricas de los puntos cuánticos ecológicos controlando el tamaño y la composición de los puntos, desarrolló una nueva capa de transferencia de carga híbrida orgánica-inorgánica, que es adecuada para los puntos, y creó una tecnología cuántica ecológica. fotosensor de puntos que supera el rendimiento de los fotosensores de puntos cuánticos tóxicos existentes.

El fotosensor de puntos cuánticos ecológico creado por el equipo de investigación muestra un alto rendimiento del dispositivo incluso con una capa de absorción de puntos cuánticos de aproximadamente 40 nanómetros (nm). Además, muestra un excelente rendimiento de detección de luz sin fuente de alimentación externa. Estas dos propiedades pueden representar una gran ventaja para las aplicaciones y el uso de fotosensores portátiles.

El equipo de investigación también desarrolló un sensor de pulso portátil combinando el fotosensor producido sobre un sustrato flexible a base de polímero con una fuente de luz. El sensor tenía la flexibilidad de funcionar de manera estable incluso en un radio de curvatura de 0,5 milímetros (mm) y podía medir el pulso de manera estable incluso en diversas situaciones en las que hay movimiento, como caminar y correr, después de estar acoplado al cuerpo humano. .

El profesor Ji-woong Yang dijo:"Al controlar la estructura de los puntos cuánticos ecológicos y desarrollar una capa de transferencia de carga optimizada para los puntos, pudimos crear un fotosensor de puntos cuánticos ecológico de alto rendimiento".

El profesor Moon-kee Choi de UNIST afirmó:"Pudimos crear un sensor de pulso ultradelgado con alta flexibilidad basado en el fotosensor de punto cuántico ecológico que no requiere fuente de alimentación externa. Podría usarse para diversas aplicaciones de fotosensores de próxima generación , como cámaras lidar e infrarrojas, así como sistemas portátiles de monitoreo de atención médica".

Más información: Shi Li et al, Fotodetectores de puntos cuánticos de Cu-In-Se autoalimentados ultradelgados y sin metales pesados ​​para el control de la salud portátil, ACS Nano (2023). DOI:10.1021/acsnano.3c05178

Información de la revista: ACS Nano

Proporcionado por el Instituto Daegu Gyeongbuk de Ciencia y Tecnología (DGIST)