科学者は、赤外線検出器の有毒金属を置き換えることができる環境に優しい「量子インク」を作成しました。ブレークスルーにより、より幅広い産業がナイトビジョンをより速く、よりクリーンで、よりアクセスしやすくする可能性があります。
有毒金属対赤外線革新
赤外線カメラのメーカーは、成長する課題に直面しています。有毒な重金属を含む、今日の検出器で使用されている材料の多くは、現在環境規制の下で制限されています。その結果、企業は、パフォーマンスの維持またはコンプライアンス基準を満たすことを選択することを余儀なくされることがよくあります。
これらの引き締めルールは、自動運転車、医療イメージング、国家安全保障などの分野で関心が高まっているにもかかわらず、民間市場での赤外線技術の拡大を遅らせました。
NYU Tandon School of Engineeringのチームは、で公開された研究で有望な代替手段を導入しました。ACS応用材料とインターフェイス。彼らのアプローチは、水銀、鉛、およびその他の制限された物質を、危険物に頼らずに赤外線を検出できる環境に優しい量子ドットに置き換えます。
量子ドットの代替
原子を検出器ピクセル全体に極端に正確に配置する必要がある従来の、ゆっくり、費用のかかる製造方法（顕微鏡下でパズルを慎重に組み立てるのと同様）の代わりに、研究者はコロイド量子ドットに変わりました。
これらの量子ドットは、インクの混合など、完全に液体の形で作成され、パッケージングや新聞印刷などの産業ですでに一般的なスケーラブルなコーティング技術を使用して適用されます。 Atom-by-Atom構造からこのソリューションベースのプロセスに移行すると、生産コストを削減し、赤外線検出器の大規模な商業的使用がはるかに実行可能になります。
業界のボトルネックとブレークスルー
NYU Tandonの化学および生体分子工学部（CBE）の准教授であり、研究の上級著者であるAyaskanta Sahuは、次のように述べています。 「これにより、熱イメージングシステムの生産を拡大しようとする企業にとって、実際のボトルネックが作成されます。」
研究者が対処したもう1つの課題は、入ってくる光から信号を中継するのに十分な量子ドットインクを導電性にすることでした。彼らは、電子デバイスのパフォーマンスを向上させるために量子ドット表面化学を調整するソリューションフェーズリガンド交換と呼ばれる手法を使用してこれを達成しました。しばしばひび割れや不均一なフィルムを残す従来の製造方法とは異なり、このソリューションベースのプロセスは、スケーラブルな製造に最適な1つのステップで滑らかで均一なコーティングを生成します。
燃えるような反応と感度
結果として得られるデバイスは、驚くべきパフォーマンスを示しています。比較のために、マイクロ秒のタイムスケールの赤外線に応答します。人間の目は数百倍遅くなり、光のナノワットのようにかすかな信号を検出できます。
「私を興奮させるのは、実際のデバイスにとっては長い間難しすぎると考えられ、それをより競争力のあるものにするためにエンジニアリングすることができるということです」と、研究の主著者であるシュロック・J・ポールは言いました。 「より多くの時間が経つにつれて、この材料は、そのようなタスクに存在する材料がほとんど存在しない赤外線スペクトルをより深く輝かせる可能性があります。」
透明電極：欠落している部分
この作業は追加されます同じ主要研究者による以前の研究銀ナノワイヤを使用して新しい透明電極を開発した人。これらの電極は赤外線に対して非常に透明なままでありながら、電気信号を効率的に収集し、赤外線カメラシステムの1つのコンポーネントに対処します。
以前の透明電極作業と組み合わせることで、これらの開発は、赤外線イメージングシステムの両方の主要な成分に対応しています。量子ドットは環境に準拠したセンシング機能を提供し、透明な電極は信号の収集と処理を処理します。
大規模な赤外線アレイに向けて
この組み合わせは、広いエリアにわたって高性能検出と数百万の個々の検出器ピクセルからの信号読み出しが必要な、大型の赤外線イメージングアレイの課題に対処します。透明な電極により、光は量子ドット検出器に到達し、信号抽出のための電気経路を提供します。
「テスラまたはスマートフォン内のすべての赤外線カメラには、費用対効果の高いままでありながら環境基準を満たす検出器が必要です」とSahu氏は言います。 「私たちのアプローチは、これらの技術をよりアクセスしやすくするのに役立ちます。」
いくつかの測定では、パフォーマンスはまだ最高の重金金ベースの検出器を除外しています。しかし、研究者は、量子ドット合成の継続的な進歩とデバイスエンジニアリングがこのギャップを減らすことができると予想しています。
参照：「ヘビーメタルフリーAG2Shlok J. Paul、Letian Li、Zheng Li、Thomas Kywe、Ana Vataj、Ayaskanta Sahu、2025年9月11日、Shlok J. PaulによるSe Quantum Dotインク」ACS応用材料とインターフェイス。
doi：10.1021/acsami.5C12011
SahuとPaulに加えて、論文の著者は、Letian Li、Zheng Li、Thomas Kywe、およびAna Vatajのすべてです。この作業は、海軍研究局と防衛先進研究プロジェクト局によってサポートされていました。