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格拉斯哥团队用砷化镓制造“电子皮肤”

2022/7/27 8:08:51      材料来源:化合物半导体

灵活的光电探测器可以为机器人提供新的功能

 

一种新型的柔性光电探测器可以为未来的机器人提供一种电子皮肤,这种皮肤能够“看到”超出人类视觉范围的光。

 

格拉斯哥大学的一个工程师团队支持的这项开发涉及一种新开发的方法,将砷化镓制成的微型半导体印到柔性塑料表面。

 

其材料的性能相当于市场上最好的传统光电探测器,并且能够承受数百次弯曲。

 

在《先进材料技术》杂志上发表的一篇新论文中,研究人员概述了他们是如何开发这项技术的,这项技术允许该皮肤检测来自广泛电磁频谱的光。

 

建立在团队之前的研究基础上,该团队开发了一种将硅电路直接印到软塑料表面的方法,从而能够创造出高性能的可弯曲电子产品。

 

格拉斯哥团队是最早找到在柔性衬底上使用砷化镓的方法的团队之一。

 

他们改进了现有的滚印系统,使用15µm宽的导线阵列将砷化镓电子元件印刷到柔性表面上。

 

这使得他们能够创造一种新型的灵活的光电探测器,能够感应从紫外线到可见部分再到红外光,所有这些都需要极低的功率。

 

该系统能够对光做出超快响应,只需2.5毫秒即可测量光,8毫秒即可恢复,这一性能与目前可用的最佳非柔性光电探测器相当。

 

为了测试该系统的耐用性,他们在一台机器上对该材料进行了一系列严格的测试,该机器可将其弯曲和扭转数百次。在500次循环过程中,材料的性能没有明显损失。

 

格拉斯哥大学詹姆斯·瓦特工程学院的Ravinder Dahiya是可弯曲电子和传感技术(BEST)研究小组的负责人,该小组开发了皮肤。

 

Dahiya说:“我们多年来一直致力于提高柔性电子产品的性能。我们找到了将电子产品直接印到柔性表面的新方法,构建了能够感受‘疼痛’的电子皮肤,并开发了可弯曲的电子产品,它可以由太阳或人类汗液提供动力。

 

“这项最新进展是我们首次能够将砷化镓印到柔性表面,为我们的研究开辟了新的途径。

 

“在未来,这种光敏柔性材料可以为机器人提供新的能力。例如,用于在光敏环境中制造的机械臂可以在条件发生变化时进行检测,避免其工作的安全性或有效性面临风险。

 

灵活的广谱光电探测器也可以在广泛的无线通信技术中使用,其测试的快速传输和响应速度一直是人们的需求。

 

该论文的合著者、来自BEST group的Ayoub Zumeit和Abhishek Dahiya补充说:“它甚至可以用于开发一种可穿戴的贴片,供人类在晴天监测紫外线暴露情况,并在用户有晒伤风险时发出警告。”

 

该团队的论文标题为“基于印刷砷化镓微结构的柔性高性能宽带光电探测器”,发表在《先进材料技术》杂志上。这项研究得到了工程和物理科学研究理事会(EPSRC)的资助。

 

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