Draagbare handsensoren voor het detecteren van explosieven, draagbare sensoren die chemische agentia kunnen detecteren, compacte apparaten voor snelle en nauwkeurige identificatie van defecten in computerchips en geavanceerde, niet-invasieve beeldvormingstechnieken die kleine tumoren zouden kunnen detecteren, zouden sneller dan verwacht werkelijkheid kunnen worden, aangezien onderzoekers over de hele wereld actief nieuwe manieren bestuderen om terahertz (THz) -technologie te exploiteren. Een grote impuls geven aan deze wereldwijde onderzoeksinspanning is een belangrijke technologische doorbraak in terahertz-technologie, bereikt door onderzoekers van de National University of Singapore (NUS).

Onder leiding van universitair hoofddocent Yang Hyunsoo en dr. Wu Yang van de afdeling Electrical and Computer Engineering van de NUS Faculty of Engineering en het NUS Nanoscience and Nanotechnology Institute, het onderzoeksteam heeft met succes hoogwaardige en energiezuinige THz-stralers ontwikkeld die tegen lage kosten in massaproductie kunnen worden genomen, het aanpakken van een cruciale uitdaging voor industriële toepassing van THz-technologie. Deze THz-zenders, die worden gebruikt voor het genereren van THz-golven, kan ook functioneren op flexibele oppervlakken zonder concessies te doen aan de prestaties.

Het onderzoeksteam publiceerde de bevindingen van hun onderzoek in het wetenschappelijke tijdschrift Geavanceerde materialen op 25 januari 2017. Deze uitvinding is tot stand gekomen in samenwerking met onderzoekers van het Institute of Materials Research and Engineering onder het Singapore's Agency for Science, Technologie en onderzoek, evenals Tongji University in China.

"Onze uitvinding is een grote stap voorwaarts in de THz-technologie en we denken dat dit de toepassing ervan op verschillende gebieden aanzienlijk zal versnellen. op het gebied van veiligheidstoezicht, onze uitvinding kan bijdragen aan de miniaturisering van omvangrijke THz-systemen voor gebruik bij de detectie van gevaarlijke chemicaliën en explosieven ter bescherming tegen vijandige bedreigingen. Betaalbare en hoogwaardige THz-screeningapparatuur kan ook de diagnose van ziekten verbeteren en patiënten ten goede komen. Verder, het fabriceren van ons apparaat op een flexibel oppervlak biedt ook veel opwindende mogelijkheden om het te integreren in draagbare apparaten, " legde Assoc Prof Yang uit.

Golven maken in terahertz

THz-golven hebben de afgelopen twee decennia veel aandacht getrokken omdat ze veelbelovende toepassingen hebben op een groot aantal gebieden, van geneeskunde tot surveillance tot computergebruik en communicatie. THz-golven, die golflengten hebben van tientallen microns tot enkele millimeters, bezetten de ruimte tussen microgolven en infrarode lichtgolven in het elektromagnetische spectrum.

Omdat het niet-ioniserend en niet-destructief is, THz-golven kunnen door niet-geleidende materialen zoals kleding, papier, hout en baksteen, waardoor ze ideaal zijn voor toepassingen op gebieden zoals kankerdiagnose, detectie van chemicaliën, drugs en explosieven, coatinganalyse en kwaliteitscontrole van chips met geïntegreerde schakelingen. Echter, huidige THz-bronnen zijn groot, meercomponentensystemen die zwaar en duur zijn. Dergelijke systemen zijn ook moeilijk te vervoeren, bedienen, en onderhouden.

Vandaar, de flexibele, goedkope THz-stralingsbronnen die door het onderzoeksteam zijn ontwikkeld, maken mogelijk de weg vrij voor een grotere acceptatie van THz-technologie en dragen bij aan de commercialisering van een breed scala aan THz-toepassingen.

Goedkoop, flexibele en energiezuinige THz-zenders

"Traditionele methoden voor het genereren van THz-golven, zoals door het opwekken van elektro-optische kristallen of fotogeleidende antennes, vereisen vaak dure en omvangrijke lasers met hoog vermogen of extreem dure en geavanceerde fabricageprocessen voor apparaten. De THz-zenders van ons team hebben in veel opzichten betere prestaties laten zien in vergelijking met bestaande apparaten. Tegelijkertijd, we hebben ook een fabricageproces ontwikkeld om deze nieuwe THz-stralers in grote hoeveelheden tegen lage kosten te produceren, " zei dokter Wu, wie is de eerste auteur van de studie.

Ontwikkeld met behulp van metalen dunne film heterostructuren met een dikte van 12 nanometer, de nieuwe stralingsbronnen zenden breedband THz-golven uit met een hoger uitgangsvermogen dan een standaard 500 micrometer dikke stijve elektro-optische kristalstraler. In aanvulling, de nieuwe emitters kunnen worden aangedreven door een laser met laag vermogen, waardoor de bedrijfskosten aanzienlijk worden verlaagd.

Het onderzoeksteam bedacht ook een roman, goedkope fabricagetechniek om de emitters te produceren. Een grote film op wafelschaal kan worden gedeponeerd en vervolgens in een grote hoeveelheid kant-en-klare apparaten worden gesneden, waardoor deze productiemethode commercieel schaalbaar wordt. Het onderzoeksteam testte hun apparaat ook op flexibele oppervlakken en ontdekte dat de prestaties niet werden aangetast, ondanks dat het werd blootgesteld aan een grote buigkromming.

Vooruit gaan, het team is van plan een compact spectroscopiesysteem te bouwen met behulp van THz-technologie op basis van zijn geavanceerde THz-stralers. De onderzoekers onderzoeken ook het verbeteren van de THz-emissie voor specifieke golflengten, wat gunstig zal zijn voor een breed scala aan THz-gerelateerde onderzoeken en toepassingen. Het onderzoeksteam heeft een patent aangevraagd voor de uitvinding en hoopt samen te werken met industriële partners om verschillende toepassingen van deze nieuwe technologie verder te onderzoeken.