Även om vi kanske inte alltid inser det, fotodetektorer bidrar i hög grad till det moderna livets bekvämlighet. Även känd som fotosensorer, fotodetektorer omvandlar ljusenergi till elektriska signaler för att slutföra uppgifter som att öppna automatiska skjutdörrar och automatiskt justera en mobiltelefons skärmljusstyrka under olika ljusförhållanden.

En ny tidning, publicerad av ett team av Penn State-forskare i ACS Nano , strävar efter att ytterligare främja användningen av fotodetektorer genom att integrera tekniken med hållbart Gorilla-glas, materialet som används för smarta telefonskärmar som är tillverkat av Corning Incorporated.

Integreringen av fotodetektorer med Gorilla-glas kan leda till kommersiell utveckling av "smart glas, " eller glas utrustat med automatiska avkänningsegenskaper. Smart glas har ett antal tillämpningar, allt från bildbehandling till avancerad robotik, enligt forskarna.

"Det finns två problem att ta itu med när man försöker tillverka och skala fotodetektorer på glas, " sa chefsutredaren Saptarshi Das, biträdande professor i ingenjörsvetenskap och mekanik (ESM). "Det måste göras med relativt låga temperaturer, när glaset bryts ned vid höga temperaturer, och måste säkerställa att fotodetektorn kan arbeta på glas med minimal energi."

För att övervinna den första utmaningen, Då, tillsammans med ESM-doktoranden Joseph R. Nasr, fastställt att den kemiska föreningen molybdendisulfid var det bästa materialet att använda som beläggning på glaset.

Sedan, Joshua Robinson, professor i materialvetenskap och teknik (MatSE) och MatSE-doktorand Nicholas Simonson använde en kemisk reaktor vid 600 grader Celsius – en tillräckligt låg temperatur för att inte bryta ner Gorilla-glaset – för att smälta samman blandningen och glaset. Nästa steg var att förvandla glaset och beläggningen till en fotodetektor genom att mönstra det med ett konventionellt elektronstrålelitografiverktyg.

"Vi testade sedan glaset med grön LED-belysning, som efterliknar en mer naturlig ljuskälla till skillnad från laserbelysning, som ofta används i liknande optoelektronikforskning, sa Nasr.

Den ultratunna kroppen av molybdendisulfidfotodetektorerna möjliggör bättre elektrostatisk kontroll, och säkerställer att den kan arbeta med låg effekt – ett kritiskt behov för framtidens smarta glasteknik.

"Fotodetektorerna måste arbeta på resursbegränsade eller otillgängliga platser som av naturen inte har tillgång till källor för obegränsad el, " sa Das. "Därför, de måste förlita sig på att förlagra sin egen energi i form av vind- eller solenergi."

Om den utvecklas kommersiellt, smart glas kan leda till tekniska framsteg inom vittomfattande industrisektorer, inklusive tillverkning, civil infrastruktur, energi, sjukvård, transport- och flygteknik, enligt forskarna. Tekniken skulle kunna tillämpas i biomedicinsk avbildning, säkerhetsövervakning, miljökänsla, optisk kommunikation, nattseende, rörelsedetektering och kollisionsundvikande system för autonoma fordon och robotar.

"Smart glas på bilvindrutor skulle kunna anpassa sig till mötande helljus när man kör på natten genom att automatiskt ändra dess opacitet med hjälp av tekniken, ", sa Robinson. "Och nya Boeing 757-plan kunde använda glaset på sina fönster för piloter och passagerare att automatiskt dämpa solljus."