Organiske tynnfilmsensorer for lyskildeanalyse og anti-forfalskning

I en fersk publikasjon i tidsskriftet Avanserte materialer, presenterer et team av fysikere og kjemikere fra TU Dresden en organisk tynnfilmsensor som beskriver en helt ny måte å identifisere bølgelengden til lys og oppnår en spektral oppløsning under én nanometer. Som integrerte komponenter kan tynnfilmsensorene eliminere behovet for eksterne spektrometre i fremtiden. En patentsøknad er allerede sendt inn for den nye teknologien.

Spektroskopi omfatter en gruppe eksperimentelle metoder som dekomponerer stråling i henhold til en spesifikk egenskap, for eksempel bølgelengde eller masse. Det regnes som en av de viktigste analysemetodene innen forskning og industri. Spektrometre kan bestemme farger (bølgelengder) på lyskilder og brukes som sensorer i ulike applikasjoner, som medisin, ingeniørfag, næringsmiddelindustri og mange flere. Kommersielt tilgjengelige instrumenter er vanligvis relativt store og svært kostbare. De er for det meste basert på prinsippet om prisme eller gitter: lys brytes og bølgelengden tildeles i henhold til brytningsvinkelen.

Ved Institute for Applied Physics (IAP) og Dresden Integrated Center for Applied Physics and Photonic Materials (IAPP) ved TU Dresden har slike sensorkomponenter basert på organiske halvledere blitt forsket på i årevis. Med spin-offene Senorics og PRUUVE er to teknologier allerede utviklet mot markedsmodenhet. Nå har forskere ved IAP og IAPP, i samarbeid med Institute of Physical Chemistry, utviklet en tynnfilmsensor som beskriver en helt ny måte å identifisere lysets bølgelengde og har på grunn av sin lille størrelse og pris klare fordeler i forhold til kommersielt tilgjengelige spektrometre.

Prinsippet for driften av de nye sensorene er som følger: Lys med ukjent bølgelengde begeistrer selvlysende materialer i en hårtynn film. Filmen består av en blanding av lang-glødende (fosforescerende) og kort-glødende (fluorescerende) enheter, som absorberer lyset som undersøkes på forskjellige måter. Intensiteten til ettergløden kan brukes til å utlede bølgelengden til det ukjente inngangslyset.

“Vi utnytter den grunnleggende fysikken til eksiterte tilstander i selvlysende materialer,” forklarer Anton Kirch, doktorgradsstudent ved IAP. “Lys med forskjellige bølgelengder eksiterer i et slikt system, når det er riktig sammensatt, visse proporsjoner av langlivede triplett- og kortlivede singlett-spinntilstander. Og vi reverserer den avhengigheten. Ved å identifisere spinnfraksjonene ved hjelp av en fotodetektor, kan vi identifisere lysbølgelengder .”

“Den store styrken til vår forskningsallianse her i Dresden er våre partnere,” sier prof. Sebastian Reineke, som koordinerte prosjektet. «Sammen med gruppene til prof. Alexander Eychmüller fra fysikalsk kjemi og Karl Leo, professor i optoelektronikk, kan vi utføre alle fabrikasjons- og analysetrinnene selv, starter med materialsyntese og filmbehandling og slutter med fabrikasjonen av den organiske detektoren. “

Dr. Johannes Benduhn er gruppeleder for organiske sensorer og solceller ved IAP: “Jeg var ærlig talt veldig imponert over at en enkel fotoaktiv film kombinert med en fotodetektor kan danne en så høyoppløselig enhet.”

Ved å bruke denne strategien har forskerne oppnådd sub-nanometer spektral oppløsning og har lykkes med å spore mindre bølgelengde endringer av lyskilder. I tillegg til å karakterisere lyskilder, kan de nye sensorene også brukes i forfalskningsbeskyttelse. “De små og rimelige sensorene kan for eksempel brukes til å raskt og pålitelig sjekke sedler eller dokumenter for visse sikkerhetsegenskaper og dermed bestemme deres autentisitet, uten behov for dyr laboratorieteknologi,” forklarer Anton Kirch.

---

---