Hoewel we het ons misschien niet altijd realiseren, fotodetectoren dragen in hoge mate bij aan het gemak van het moderne leven. Ook bekend als fotosensoren, fotodetectoren zetten lichtenergie om in elektrische signalen om taken uit te voeren zoals het openen van automatische schuifdeuren en het automatisch aanpassen van de schermhelderheid van een mobiele telefoon in verschillende lichtomstandigheden.

Een nieuw papier, gepubliceerd door een team van Penn State-onderzoekers in ACS Nano , tracht het gebruik van fotodetectoren verder te bevorderen door de technologie te integreren met duurzaam Gorilla-glas, het materiaal dat wordt gebruikt voor smartphoneschermen dat wordt vervaardigd door Corning Incorporated.

De integratie van fotodetectoren met Gorilla-glas zou kunnen leiden tot de commerciële ontwikkeling van "slim glas, " of glas uitgerust met automatische detectie-eigenschappen. Slim glas heeft een aantal toepassingen, variërend van beeldvorming tot geavanceerde robotica, volgens de onderzoekers.

"Er zijn twee problemen die moeten worden aangepakt bij het maken en schalen van fotodetectoren op glas, " zei hoofdonderzoeker Saptarshi Das, assistent-professor in de ingenieurswetenschappen en mechanica (ESM). "Het moet gebeuren met relatief lage temperaturen, als het glas degradeert bij hoge temperaturen, en moet ervoor zorgen dat de fotodetector op glas kan werken met minimale energie."

Om de eerste uitdaging te overwinnen, Das, samen met ESM-promovendus Joseph R. Nasr, vastgesteld dat de chemische verbinding molybdeendisulfide het beste materiaal was om als coating op het glas te gebruiken.

Vervolgens, Jozua Robinson, hoogleraar materiaalkunde en engineering (MatSE) en MatSE-promovendus Nicholas Simonson gebruikten een chemische reactor van 600 graden Celsius - een temperatuur die laag genoeg is om het Gorilla-glas niet te degraderen - om de verbinding en het glas samen te smelten. De volgende stap was om van het glas en de coating een fotodetector te maken door er een patroon van te maken met behulp van een conventioneel lithografie-instrument met elektronenstralen.

"Vervolgens hebben we het glas getest met groene led-verlichting, die een natuurlijkere lichtbron nabootst in tegenstelling tot laserverlichting, die vaak wordt gebruikt in soortgelijk opto-elektronica-onderzoek, ' zei Nasr.

Het ultradunne lichaam van de molybdeendisulfide-fotodetectoren zorgt voor een betere elektrostatische controle, en zorgt ervoor dat het met een laag stroomverbruik kan werken - een cruciale behoefte voor de slimme glastechnologie van de toekomst.

"De fotodetectoren moeten werken op beperkte of ontoegankelijke locaties die van nature geen toegang hebben tot bronnen van onbeperkte elektriciteit, " zei Das. "Daarom, ze moeten vertrouwen op het vooraf opslaan van hun eigen energie in de vorm van wind- of zonne-energie."

Indien commercieel ontwikkeld, slim glas kan leiden tot technologische vooruitgang in uiteenlopende sectoren van de industrie, waaronder in de productie, civiele infrastructuur, energie, gezondheidszorg, transport en ruimtevaarttechniek, volgens de onderzoekers. De technologie kan worden toegepast in biomedische beeldvorming, veiligheidstoezicht, omgevingswaarneming, optische communicatie, nachtzicht, bewegingsdetectie- en botsingsvermijdingssystemen voor autonome voertuigen en robots.

"Slim glas op voorruiten van auto's kan zich aanpassen aan tegemoetkomende grootlichtkoplampen tijdens het rijden 's nachts door automatisch de dekking te verschuiven met behulp van de technologie, "Zei Robinson. "En nieuwe Boeing 757-vliegtuigen zouden het glas op hun ramen kunnen gebruiken voor piloten en passagiers om het zonlicht automatisch te dimmen."