大阪大学的研究人员开发出了一种开创性的柔性光学传感器，即使在皱褶的情况下也能工作。该传感器采用碳纳米管光电探测器和无线蓝牙技术，可实现非侵入式分析，并有望在成像、可穿戴技术和软机器人技术方面取得进步。来源:SciTechDaily.com
大阪大学的研究人员利用超薄聚合物薄膜上的碳纳米管和有机晶体管，制造出了一种柔软、柔韧的无线光学传感器。这一创新将为成像技术和非破坏性分析技术开辟新的可能性。
近年来，成像技术取得了显著的进步，从能够每秒捕捉200多万帧的高速光学传感器到能够捕捉只有一个像素的小型无镜头相机。
在最近发表在《先进材料》杂志上的一项研究中，大阪大学科学与工业研究所(SANKEN)的研究人员在超薄柔性薄片上开发了一种光学传感器，这种薄片可以弯曲而不会断裂。事实上，这种传感器非常灵活，即使被揉成一个球，它也能工作。
在相机中，光学传感器是一种感知穿过透镜的光线的装置，类似于人眼中的视网膜。
传感器设计的创新
“传统的光学传感器是用无机半导体和铁电材料制造的，”该研究的主要作者Rei Kawabata说。“这使得传感器变硬，无法弯曲。为了避免这个问题，我们研究了一种不同的探测光的方法。”
与传统的光传感器不同，研究人员在超薄聚合物衬底(小于5 μm)上印刷了一组微小的碳纳米管光电探测器。当暴露在光下时，碳纳米管受热，产生热梯度，然后产生电压信号。在打印过程中掺杂化学载体进一步提高了纳米管的灵敏度。利用这些纳米管，可见光以及与热或分子有关的红外光都可以被测量。
利用片状光学传感器对光、热和分子进行探测和成像。Attribution 4.0 International (CC BY 4.0)，经Advanced Materials许可转载。来源:2024 Araki等人，集成了宽带红外热分析有机电路的超柔性无线成像仪，先进材料
无线技术集成
与碳纳米管传感器一起，有机晶体管也被印刷在聚合物衬底上，将电压信号组织成图像信号。要读取该信号，计算机不需要通过电线与传感器物理连接。取而代之的是使用无线蓝牙模块。
该研究的资深作者荒木特平说:“通过这个无线系统，我们的成像仪可以附着在柔软和弯曲的物体上，分析它们的表面或内部，而不会损坏它们。”
集成了碳纳米管光电探测器和有机晶体管的片状光学传感器。Attribution 4.0 International (CC BY 4.0)，经Advanced Materials许可转载。来源:2024 Araki等人，集成了宽带红外热分析有机电路的超柔性无线成像仪，先进材料
研究人员制造了一个片状光学传感器的原型，并测试了它感知来自人体手指或电线等物体的热量以及流经管道的葡萄糖的能力。他们发现这种光学传感器在很宽的波长范围内具有很高的灵敏度。此外，在室温和大气条件下，测试表明它具有很高的弯曲耐久性，即使在被揉皱后也能正常工作。
这种无线测量系统和片状光学传感器的独特优势将导致新的和更简单的方法来执行许多任务，如评估液体的质量，而不需要采样。研究人员认为，它在无损成像、可穿戴设备和软机器人等许多应用中都有很大的应用前景。
参考文献:“用于宽带红外热分析的集成有机电路的超柔性无线成像仪”，作者:川端玲、李kou、荒木特平、秋山美子、杉町香、松冈Nozomi、高桥Norika、Sakai Daiki、松崎裕人、小清水亮、山本南、高井利奥、小田原良、安倍隆明、泉新太郎、栗平直子、上村隆umi、川野幸男和Sekitani Tsuyoshi, 2024年1月11日，Advanced Materials。DOI: 10.1002 / adma.202309864
这项研究是由日本科学促进会和日本科学技术振兴机构资助的。
