Инфракрасное изображение помогает нам увидеть то, что человеческий глаз не может. Технология, которая позволяет визуализировать тепло тела, утечки газа или содержание воды даже сквозь дым или темноту, используется в военном наблюдении, поисково-спасательных операциях, здравоохранении и даже в автономных транспортных средствах.
Однако у этой технологии есть свои инженерные сложности. Инфракрасным камерам нужны электрические контакты для захвата и передачи изображений, которые они обнаруживают. Большинство материалов, которые могут проводить электрические сигналы, также блокируют большую часть инфракрасного излучения, не позволяя ему достичь датчика. Это создаёт фундаментальный конфликт между возможностью видеть инфракрасное излучение и необходимостью электрических соединений для обработки этой информации.
Чтобы решить эту проблему, исследователи из Инженерной школы Тандона Нью-Йоркского университета разработали прозрачный электрод, изготовленный из крошечных серебряных нитей, по ширине схожих с человеческими волосами, встроенных в прозрачную пластиковую матрицу. Этот материал можно просто нанести поверх обычных инфракрасных детекторов.
Исследование, опубликованное в Journal of Materials Chemistry C, решает ключевую задачу в производстве инфракрасных детекторов.
«Мы разработали материал, который решает фундаментальную проблему, ограничивающую проектирование инфракрасных детекторов», — сказал Аясканта Саху, доцент кафедры химической и биомолекулярной инженерии в Инженерной школе Тандона Нью-Йоркского университета и старший автор исследования.
«Наш прозрачный электрод работает хорошо во всём инфракрасном спектре, предоставляя инженерам больше гибкости в том, как они создают эти устройства».
Исследователи испытали свой материал, встроив его в инфракрасные камеры, которые используют коллоидные квантовые точки в качестве светочувствительного материала. Эти крошечные инженерные частицы недавно привлекли внимание благодаря их использованию в квантовых точечных телевизорах и роли в получении Нобелевской премии по химии 2023 года.
Для этого исследования группа использовала крошечные кластеры теллурида ртути — тип квантовой точки, который реагирует на различные длины волн инфракрасного света.
Их новый подход представляет собой значительное улучшение по сравнению с существующими методами. Традиционные инфракрасные фотодетекторы полагались на дорогие материалы, такие как оксид индия-олова (ITO) или тонкие металлические плёнки, которые либо теряли прозрачность на длинных инфракрасных длинах волн, либо страдали от плохих электрических свойств и должны были быть жёсткими.
Серебряные нанопроволоки диаметром 120 нанометров и длиной 10–30 микрометров образуют проводящие сети даже при относительно низких концентрациях. Когда они внедрены в матрицу PVA, они образуют серебристые проводящие чернила, которые можно распылять или наносить на инфракрасные детекторы в виде стабильных и гибких плёнок, которые можно даже изготавливать при низких температурах, необходимых для обработки квантовых точек.
«Обычные электроды в инфракрасном диапазоне похожи на плотные шторы — большая часть сигнала никогда не достигает датчика», — сказал аспирант Шлок Дж. Пол, соавтор исследования.
«Наша почти невидимая сеть из серебряных нанопроволок пропускает больше инфракрасных фотонов, одновременно выполняя функцию проводки, которая несёт электрический ток, необходимый для преобразования невидимого света в данные. Хотя предстоит ещё много работы, простота этого гибкого слоя может перенести обнаружение ИК-излучения из лаборатории в коммерческие приложения, такие как видение для пожарных или автономные автомобили».
Исследователи подали заявку на патент США, охватывающую их метод встраивания серебряных нанопроволок в полимерную матрицу для прозрачных инфракрасных электродов.
Предоставлено Инженерной школой Тандона Нью-Йоркского университета.