物理科技生物学-PHYICA

用来制造高效人造视网膜的钙钛矿

技术工程 2022-03-31 21:53:44

Perovskites used to make efficient artificial retina柔性电容感光体(CPR)和材料表征。柔性CPR的示意图显示了夹在透明顶部电极氧化铟锡(ITO)和铝(Al)涂覆的聚酰亚胺基板之间的钙钛矿铁电纳米复合材料(PFNC)。(插图显示了制造的器件)。b . PFNC薄膜的横截面扫描电子显微镜(SEM)图像。c PFNC的透射电子显微镜图像,显示嵌入聚合物中的钙钛矿纳米晶体。描述作为视网膜光感受器的柔性电容器和成形为半球形的柔性CPRs阵列的数字照片的代表性示意图。钙钛矿铁电聚合物纳米复合材料(PFNC)和铁电聚合物的紫外-可见吸收光谱。f .在制造100周后的沉积态PFNC和器件的吸光度和光致发光光谱,证实了纳米复合材料中CH3NH3PbBr3的稳定性。KAUST的研究人员在寻求为计算机视觉应用开发更好的选择时,已经建立了一种人工电子视网膜,它可以以与人类视觉系统类似的方式“看”,并可以识别手写数字。电气工程博士生Mani Teja V ijjapu、Khaled Nabil Salama及其同事设计并制造了一系列光感受器,通过电容的变化来检测可见光的强度,模拟眼睛视网膜杆细胞的行为。当阵列连接到电子CMOS感测电路和脉冲神经网络(具有100个输出神经元的单层网络)时,它能够识别手写数字,准确率约为70%。

“我们在这一领域研究的最终目标是开发高效的神经形态视觉传感器,为计算机视觉应用构建高效的相机,”Salama解释道。“现有系统使用的光电探测器需要电源才能工作,因此即使在待机状态下也会消耗大量能量。相比之下,我们提出的感光器是电容性设备,不会消耗静态功率。”

感光器阵列通过将具有合适光学和介电特性的材料夹在底部铝电极和氧化铟锡的图案化顶部电极之间而制成,以形成微型光敏金属-绝缘体-金属电容器的像素化阵列。该阵列制作在聚酰亚胺的薄衬底上,因此它是柔性的,并且可以根据需要弯曲,包括模仿人眼的半球形。

在选择感光器的材料时,KAUST团队使用了钙钛矿(甲基溴化铵(MAPbBr3))纳米晶体的混合材料,嵌入在聚偏二氟乙烯三氟乙烯-氯氟乙烯(PVDF-TrFE-CEF)的三元共聚物中。MAPbBr3在太阳能电池研究中已经引起了极大的兴趣,它是可见光的强吸收剂,而PVDF-TrFE-CEF具有高介电常数。“我们选择混合钙钛矿是因为它们特殊的光电特性,如优异的光吸收,长载流子寿命和高载流子迁移率,”Vijjapu解释说。

用4×4阵列和不同可见颜色的LED照明进行的测试表明,该阵列的光学响应模拟了人眼的响应,对绿光具有最大的灵敏度。重要的是,还发现光感受器高度稳定,即使在环境条件下储存129周后,响应也没有变化。

该团队的未来计划包括建立更大的光感受器阵列,优化接口电路设计,并采用多层神经网络来提高识别功能的准确性。

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