20/07/2022
Door Ad Spijkers
Een nieuwe flexibele fotodetector zou toekomstige robots kunnen voorzien van een elektronische huid die licht buiten het bereik van het menselijk zicht kan 'zien'.
Een team ingenieurs van de University of Glasgow heeft een nieuwe methode ontwikkeld om op microschaal halfgeleiders van galliumarsenide (GaAs) op een flexibel kunststof oppervlak te printen. Dit materiaal levert prestaties die gelijkwaardig zijn aan die van de beste conventionele fotodetectoren op de markt en is bestand tegen honderden buig- en buigcycli.
Galliumarsenide
Galliumarsenide wordt in veel elektronische toepassingen gebruikt om hoogwaardige elektronica te maken. Ze zijn echter voornamelijk gemaakt op harde oppervlakken. Het team in Glasgow heeft een manier gevonden om galliumarsenide op een flexibel substraat te gebruiken. De technologie bouwt voort op eerder onderzoek van het team waarin ze een methode ontwikkelden om siliciumcircuits rechtstreeks op het oppervlak van flexibel kunststof te printen, wat de creatie van hoogwaardige buigbare elektronica mogelijk maakte.
De onderzoekers pasten hun bestaande rolafdruksysteem aan om galliumarsenide elektronica op een flexibel oppervlak te printen met behulp van arrays van draden van 15 µm breed. Hierdoor konden ze een nieuw type flexibele fotodetector creëren die licht kan detecteren. Het bereik gaat vanaf ultraviolet via het zichtbare deel van het spectrum tot infrarood. Dit alles vereist bovendien een laag vermogen.
Het systeem kan snel reageren op licht: het heeft slechts 2,5 ms nodig om licht te meten en 8 ms om te herstellen. Dit is net zo goed is als de beste niet-flexibele fotodetectoren die momenteel beschikbaar zijn.
Om de duurzaamheid van het systeem te testen, hebben ze het materiaal onderworpen aan een rigoureuze reeks tests. Dit gebeurde in een machine die is ontworpen om het honderden keren te buigen en te draaien (foto). In de loop van 500 cycli vertoonde het materiaal geen significant prestatieverlies.
Vooruitzichten
De onderzoekers werken al een aantal jaren om de mogelijkheden van flexibele elektronica te verbeteren. Ze hebben nieuwe manieren gevonden om elektronica rechtstreeks op flexibele oppervlakken te printen. Ook ontwikkelden ze een elektronische huid die 'pijn' kan voelen en buigbare elektronica die kan worden aangedreven door de zon of menselijk zweet. Dat ze nu galliumarsenide op flexibele oppervlakken hebben kunnen printen, opent nieuwe wegen voor verder onderzoek.
In de toekomst zou dit soort lichtgevoelig flexibel materiaal robots nieuwe mogelijkheden kunnen bieden. Zo kunnen mechanische armen die worden gebruikt voor productie in lichtgevoelige omgevingen detecteren wanneer de omstandigheden veranderen en de veiligheid of effectiviteit van het werk in gevaar komt. Flexibele, breedspectrum fotodetectoren kunnen ook worden gebruikt in een breed scala aan draadloze communicatietechnologieën, waar de snelle transmissie- en reactiesnelheden die we hebben getest altijd in trek zijn.
Het nieuwe materiaal zou zelfs kunnen worden gebruikt om een draagbaar apparaat te ontwikkelen dat mensen kunnen gebruiken om de blootstelling aan UV-licht tijdens zonnige dagen te controleren en om een waarschuwing te geven wanneer gebruikers het risico lopen te verbranden.
De wetenschappelijke publicatie vindt u hier.
Foto: screenshot video University of Glasgow