0
1
Газета Наука Печатная версия

13.10.2020 18:47:00

Монитор, который всегда с тобой

Союз нанотехнологий и лазера позволил создать носимые на коже электронные устройства

Тэги: физика, электроника, биология, нанотехнологии


Панель транзисторов, помещаемая
на кисть руки.
Долгое время биологи занимались – ничего не зная о квантовой физике – светлячками и биолюминесценцией. Другими словами, изучали механизм перехода химической энергии в световую, то есть в поток фотонов. Практически тем же занимались физики, исследовавшие люминесценцию паров ртути в вакуумной трубке. В результате были созданы энергосберегающие люминесцентные лампы. В обоих случаях речь идет о материи, так или иначе генерирующей свет.

Современную же науку интересует прямо противоположный процесс – взаимодействие света с веществом. Именно фотонная «бомбардировка» солнечной панели лежит в основе усвоения солнечной энергии. Эффективность этого процесса пока довольно низка, не более 20%.

Институт науки и технологии cеульского университета Йонсей создал эластичную люминесцентную пленку, излучающую свет при наклеивании ее на кожу руки. Известно, что электроны, на которые оказывается какое-то воздействие, возбуждаются. Квантовая физика говорит, что электроны при возбуждении поднимаются на более высокий энергетический уровень. Впрочем, в таком возбужденном состоянии они находятся недолго. Следующий шаг – релаксация. В результате электроны, испуская квант света, возвращаются на исходный (ground) уровень. Пример – нагрев металла, который раскаляется докрасна, а то и добела (в первом случае длина световой волны большая, а во втором – значительно меньше).

Нечто похожее происходит с зеленым флюоресцентным протеином (GFP – Green Fluorescent Protein) в клетках медузы. GFP реагирует на механическую деформацию. В результате кальций устремляется в клетку, она возбуждается, и GFP генерирует зеленый свет умеренной длины волны. В лаборатории клетки приходится освещать ультрафиолетом, который на выходе сильно удлиняет волну, конвертируя невидимый свет в видимый. На другом конце видимого спектра мы имеем дело также с невидимыми инфракрасными (ИК) лучами с длиной волны около микрометра (1000 нанометров, нм).

 Наночастица с зернами серебра
освещается лучом лазера. В результате
генерируется плазмон (желтый). 
Иллюстрации Physorg
Корейцы предложили наночастицы, преобразующие луч инфракрасного лазера с длиной волны 972 нм в видимый свет. Для этого использовалось серебро. Чуть позже корейские ученые сообщили о переходе на комбинированный материал с использованием органики из гораздо более дешевого молибдена в форме монослоя сульфида молибдена, MoS2. Благодаря сочетанию органики и фотоактивируемого MoS2 был создан гибкий органический светодиод (OLED).

Авторы пишут, что пластичность дисплея обеспечена квадратиком РЕТ, или полиэтилен-терефталата, наклеиваемого на тыльную поверхность кисти, толщиной всего 6 микрон (мкм). При этом MoS2 наносился на слой оксида алюминия Al2O3 толщиной 30 нм. Свой «наручный» дисплей корейцы назвали «цветной OLED большой площади на основе MoS2, наносимый на кожу человека». Устройство TFT – Thin Film Transistor – может пребывать в покоящемся состоянии, а также реагировать на сжатие и растяжение, показывая при этом разные буквы.

Предыдущим достижением исследователей из университета Йонсей было использование ИК-лазера, генерирующего плазмоны (общую волну возбужденных электронов) на поверхности наночастиц SiO2 (песка). Процесс получения светоактивных наночастиц состоит из нескольких стадий. Сначала песчинки покрывали тончайшим слоем серебра, после чего подвергали воздействию температуры 350 градусов. В результате возникали мельчайшие наночастицы серебра, покрываемые слоем оксида цинка (ZnO). Высокая степень преобразования света наночастицами – в 100–1000 раз больше, нежели у известных квантовых точек, – достигалась добавлением диэлектрика бета-NaYF4 и ионной пары лантанидов Yb/Er (иттербий/эрбий).

Свой метод корейцы назвали «фотонная архитектура». Это вполне согласуется с видом наночастиц, освещенных лазером. Именно они и генерируют плазмон, подстегивающий эмиссию красного и зеленого света.


Оставлять комментарии могут только авторизованные пользователи.

Вам необходимо Войти или Зарегистрироваться

комментарии(0)


Вы можете оставить комментарии.

Читайте также


Другие новости

Загрузка...