In een recente publicatie in het tijdschrift Advanced Materials , presenteert een team van natuur- en scheikundigen van de TU Dresden een organische dunnefilmsensor die een geheel nieuwe manier beschrijft om de golflengte van licht te identificeren en een spectrale resolutie van minder dan één nanometer bereikt. Als geïntegreerde componenten zouden de dunnefilmsensoren in de toekomst de behoefte aan externe spectrometers kunnen elimineren. Voor de nieuwe technologie is al een octrooiaanvraag ingediend.

Spectroscopie omvat een groep experimentele methoden die straling ontbinden volgens een specifieke eigenschap, zoals golflengte of massa. Het wordt beschouwd als een van de belangrijkste analytische methoden in onderzoek en de industrie. Spectrometers kunnen kleuren (golflengten) van lichtbronnen bepalen en worden gebruikt als sensoren in verschillende toepassingen, zoals medicijnen, engineering, voedingsindustrie en nog veel meer. In de handel verkrijgbare instrumenten zijn meestal relatief groot en erg duur. Ze zijn meestal gebaseerd op het principe van het prisma of rooster:licht wordt gebroken en de golflengte wordt toegewezen volgens de brekingshoek.

Bij het Institute for Applied Physics (IAP) en het Dresden Integrated Centre for Applied Physics and Photonic Materials (IAPP) van de TU Dresden wordt al jaren onderzoek gedaan naar dergelijke sensorcomponenten op basis van organische halfgeleiders. Met de spin-offs Senorics en PRUUVE zijn al twee technologieën ontwikkeld richting marktrijpheid. Nu hebben onderzoekers van de IAP en IAPP, in samenwerking met het Institute of Physical Chemistry, een dunnefilmsensor ontwikkeld die een volledig nieuwe manier beschrijft om de golflengte van licht te identificeren en, vanwege zijn kleine formaat en kosten, duidelijke voordelen heeft dan in de handel verkrijgbare spectrometers.

Het werkingsprincipe van de nieuwe sensoren is als volgt:Licht van onbekende golflengte prikkelt luminescente materialen in een haardunne film. De film bestaat uit een mengsel van lang gloeiende (fosforescentie) en kort gloeiende (fluorescerende) entiteiten, die het onderzochte licht op verschillende manieren absorberen. De intensiteit van de nagloeiing kan worden gebruikt om de golflengte van het onbekende ingangslicht af te leiden.

"We maken gebruik van de fundamentele fysica van aangeslagen toestanden in lichtgevende materialen", legt Anton Kirch, promovendus aan het IAP, uit. "Licht van verschillende golflengten wekt in zo'n systeem, wanneer goed samengesteld, bepaalde verhoudingen van langlevende triplet- en kortlevende singlet-spintoestanden op. En we keren die afhankelijkheid om. Door de spinfracties te identificeren met behulp van een fotodetector, kunnen we lichtgolflengten identificeren ."

"De grote kracht van onze onderzoeksalliantie hier in Dresden zijn onze partners", zegt prof. Sebastian Reineke, die het project coördineerde. "Samen met de groepen van Prof. Alexander Eychmüller van Fysische Chemie en Karl Leo, hoogleraar Opto-elektronica, kunnen we alle fabricage- en analysestappen zelf uitvoeren, beginnend met materiaalsynthese en filmverwerking en eindigend met de fabricage van de organische detector. "

Dr. Johannes Benduhn is groepsleider voor organische sensoren en zonnecellen bij het IAP:"Ik was eerlijk gezegd erg onder de indruk dat een eenvoudige fotoactieve film in combinatie met een fotodetector zo'n apparaat met hoge resolutie kan vormen."

Met behulp van deze strategie hebben de wetenschappers een spectrale resolutie van sub-nanometer bereikt en hebben ze met succes kleine golflengteveranderingen van lichtbronnen gevolgd. Naast het karakteriseren van lichtbronnen, kunnen de nieuwe sensoren ook worden gebruikt in de bescherming tegen namaak. "De kleine en goedkope sensoren zouden bijvoorbeeld kunnen worden gebruikt om snel en betrouwbaar bankbiljetten of documenten te controleren op bepaalde echtheidskenmerken en zo hun echtheid te bepalen, zonder dat dure laboratoriumtechnologie nodig is", legt Anton Kirch uit. + Verder verkennen

OPD optische sensoren die elke kleur reproduceren