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普渡大学开发石墨烯复合蜘蛛网架构的生物医学3D光电子探测器

普渡大学开发石墨烯复合蜘蛛网架构的生物医学3D光电子探测器

节肢动物的视觉系统由一个密集的阵列组成,这些阵列由遍布曲线表面的单个光电检测元件组成。对于要求大视野和对运动高度敏感的光电传感设备,这种复眼架构可能是有用的模型。旨在模仿复眼架构的策略涉及将光电探测器像素与弯曲的微透镜集成在一起,但是在曲线表面上的制造受到传统上为平面,刚性基板(例如,硅晶片)设计的标准微加工工艺的挑战。

普渡大学的创新者正在从自然界中汲取灵感,开发用于生物医学成像的3D光电探测器。

研究人员利用蜘蛛网的一些建筑特征来开发该技术。蜘蛛网通常具有出色的机械适应性和抵抗各种机械载荷(例如暴风雨)的破坏耐受力。本研究报道的包含有机染料敏化石墨烯杂化复合物的半球形光电探测器阵列的分形网络设计可作为有效的光敏组件,具有增强的光吸收能力。

这项工作发表在《Advanced Materials 》("带有有机染料敏化石墨烯杂化复合材料的半球形光电探测器阵列的分形网络设计", ("Fractal Web Design of a Hemispherical Photodetector Array with Organic-Dye-Sensitized Graphene Hybrid Composites"))中。

普渡大学开发石墨烯复合蜘蛛网架构的生物医学3D光电子探测器

受蜘蛛网启发的分形设计用于半球形3D光检测,以复制节肢动物的视觉系统。

普渡大学生物医学工程与机械工程学助理教授Chi Hwan Lee说:"我们采用蜘蛛网的独特分形设计来开发可变形且可靠的电子产品,该电子产品可以与任何3D曲线表面无缝地对接。" "例如,我们展示了一个半球形或圆顶形的光电探测器阵列,该阵列可以同时检测入射光的方向和强度,就像节肢动物(如昆虫和甲壳类动物)的视觉系统一样。"

该设备首先在微米级的平面Si晶片上制造,然后以确定的方式转移到具有不同曲率的透明半球形圆顶上。分形腹板设计的独特结构特性通过有效地承受各种外部负载,可以保护设备免受损坏。全面的实验和计算研究揭示了该设备的基本设计特征和光电特性,然后评估了其在测量入射光的方向和强度方面的实用性。分形腹板设计的独特结构特性通过有效地承受各种外部负载,可以保护设备免受损坏。

Lee说,这提供了独特的功能,可以根据螺旋和径向尺寸的有效比例在整个螺纹上分布外部应力,并提供更大的可扩展性,以更好地分散拉伸时的力。在维持整个网状体系结构的整体强度和功能的同时,还可以忍受线程的细微切割。"由此产生的3D光电体系结构对于要求大视野和广角抗反射的光检测系统特别有吸引力,这对于许多生物医学和军事成像目的将是有用的。"

这项工作建立了一个平台技术,该技术可以将分形网络设计与系统级半球形电子设备和传感器集成在一起,从而提供多种出色的机械适应性和对各种机械负载的耐受力。

这项工作中提出的组装技术使2D变形电子设备可以在3D架构中部署,这可能预示了新的机会,可以更好地推进3D电子和光电设备领域。

原创文章,作者:柔智烩,如若转载,请注明出处:http://www.zgsmx.cn/22823.html

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