คำนิยาม

เพอรอฟสไกต์เป็นวัสดุที่มีโครงสร้างผลึกคล้ายกับแร่ที่เรียกว่าเพอรอฟสไกต์ ซึ่งประกอบด้วยแคลเซียมไททาเนียมออกไซด์ (CaTiO3)

เพอรอฟสไกต์สามารถมีคุณสมบัติที่น่าสนใจมากมาย ขึ้นอยู่กับอะตอม/โมเลกุลที่ใช้ในโครงสร้าง ซึ่งรวมถึงคุณสมบัติการนำไฟฟ้ายิ่งยวด เฟอร์โรอิเล็กทริก การเรียงลำดับประจุ การขนส่งแบบขึ้นอยู่กับสปิน และอื่นๆ อีกมากมาย ดังนั้น เพอรอฟสไกต์จึงเป็นโอกาสอันน่าตื่นเต้นสำหรับนักฟิสิกส์ นักเคมี และนักวิทยาศาสตร์วัสดุ

เซ็นเซอร์คืออุปกรณ์ที่ตรวจจับเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมทางกายภาพ (เช่น แสง ความร้อน การเคลื่อนไหว ความชื้น ความดัน และอื่นๆ) และตอบสนองด้วยสัญญาณเอาต์พุต ซึ่งโดยปกติจะเป็นสัญญาณไฟฟ้า กลไก หรือแสง เทอร์โมมิเตอร์ปรอทสำหรับใช้ในครัวเรือนเป็นตัวอย่างง่ายๆ ของเซ็นเซอร์ ซึ่งตรวจจับอุณหภูมิและทำปฏิกิริยากับการขยายตัวของของเหลวที่วัดได้ เซ็นเซอร์มีอยู่ทั่วไป พบได้ในอุปกรณ์ทั่วไป เช่น ปุ่มกดลิฟต์แบบสัมผัส และพื้นผิวหรี่แสงของโคมไฟที่ตอบสนองต่อการสัมผัส แต่ก็มีเซ็นเซอร์อีกหลายประเภทที่คนส่วนใหญ่มองข้าม เช่น เซ็นเซอร์ที่ใช้ในทางการแพทย์ หุ่นยนต์ อวกาศ และอื่นๆ

เซ็นเซอร์แบบดั้งเดิมประกอบด้วยอุณหภูมิ ความดัน (เทอร์มิสเตอร์ เทอร์โมคัปเปิล และอื่นๆ) ความชื้น การไหล (แม่เหล็กไฟฟ้า การเคลื่อนที่ตามตำแหน่ง และอื่นๆ) การเคลื่อนที่และระยะใกล้เคียง (แบบคาปาซิทีฟ โฟโตอิเล็กทริก อัลตราโซนิก และอื่นๆ) แม้ว่าจะมีเซ็นเซอร์แบบอื่นๆ อีกมากมาย เซ็นเซอร์แบ่งออกเป็นสองกลุ่ม ได้แก่ เซ็นเซอร์แบบแอคทีฟและแบบพาสซีฟ เซ็นเซอร์แบบแอคทีฟ (เช่น เซลล์โฟโตคอนดักเตอร์หรือเซ็นเซอร์ตรวจจับแสง) ต้องใช้แหล่งจ่ายไฟ ในขณะที่เซ็นเซอร์แบบพาสซีฟ (เช่น เรดิโอมิเตอร์ การถ่ายภาพด้วยฟิล์ม) ไม่จำเป็นต้องใช้แหล่งจ่ายไฟ

วัสดุเพอรอฟสไกต์มีคุณสมบัติที่น่าสนใจมากมาย เช่น ทนทานต่อข้อบกพร่องได้ค่อนข้างดี (ต่างจากโลหะแคลโคเจไนด์) และไม่จำเป็นต้องทำปฏิกิริยากับพื้นผิวเพื่อรักษาปริมาณควอนตัมสูง ทำให้วัสดุชนิดนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานด้านการตรวจจับ ความไว การเลือกสรร และความเสถียรของนาโนวัสดุเพอรอฟสไกต์หลายชนิดทำให้นักวิจัยหลายคนหันมาให้ความสนใจกับเซ็นเซอร์ทางเคมีมากขึ้น แต่เพอรอฟสไกต์ก็เหมาะสำหรับการใช้งานประเภทอื่นๆ เช่นกัน กลุ่มวิจัยจำนวนมากกำลังศึกษาเพอรอฟสไกต์เพื่อนำไปใช้ในเซ็นเซอร์หลายประเภท

ข่าวสารเซ็นเซอร์ Perovskite ล่าสุด:

1. การอ่านค่าความจุไบอัส AC สำหรับการตรวจจับรังสีเอกซ์เพอรอฟสไกต์โลหะฮาไลด์ที่เสถียร

เพอรอฟสไกต์โลหะฮาไลด์มีความไวเป็นพิเศษในการตรวจจับรังสีเอกซ์โดยตรงผ่านสัญญาณกระแสตรง (DC) แต่โครงตาข่ายอ่อนและไอออนเคลื่อนที่ทำให้เกิดความไม่เสถียรของสัญญาณและการตอบสนองของกระแสแบบไม่เชิงเส้นภายใต้ไบอัสกระแสตรง (DC)

ทีมงานนำโดย หลี่ หยุนหลง จากสถาบันเทคโนโลยีขั้นสูงเซินเจิ้น (SIAT) แห่งสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งชาติจีน ร่วมกับ จู จื่อเหยา และ ซู ซิ่วหมิน จากมหาวิทยาลัยอานฮุย ได้เสนอวิธีการอ่านค่าความจุไบอัสกระแสสลับ (AC) สำหรับเครื่องตรวจจับรังสีเอกซ์เพอรอฟสไกต์โลหะฮาไลด์ วิธีการนี้แทนที่ไบอัสกระแสตรงแบบเดิมด้วยไบอัสกระแสสลับแอมพลิจูดต่ำ และอ่านค่าการมอดูเลตความจุที่เกี่ยวข้อง ซึ่งช่วยลดอิทธิพลของการเคลื่อนตัวของไอออนต่อสัญญาณเอาต์พุตได้อย่างมีประสิทธิภาพ

การวิเคราะห์เชิงตัวเลขของสมการปัวซองบ่งชี้ว่าเพอรอฟสไกต์ที่มีความเข้มข้นของไอออนสูงแสดงความแตกต่างของความจุที่ส่วนต่อประสานระหว่างสภาวะที่มืดและสภาวะที่ฉายรังสี จากความเข้าใจนี้ นักวิจัยได้ออกแบบเครื่องตรวจจับที่ทำงานภายใต้สภาวะไบแอส AC เพื่อให้ได้การตอบสนองสัญญาณที่เสถียรและหลีกเลี่ยงการด้อยประสิทธิภาพที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของไอออน เครื่องตรวจจับแสดงอัตราการอ่านค่าทางทฤษฎีที่ 500 เฮิรตซ์ต่อพิกเซลภายใต้สภาวะไบแอส AC 1 กิโลเฮิรตซ์ ซึ่งเทียบเท่ากับอัตราการอ่านค่าของระบบถ่ายภาพ a-Se/TFT เชิงพาณิชย์ ในขณะที่ยังคงรักษาต้นทุนวัสดุและการผลิตที่ต่ำกว่า

ทีมงานได้สร้างโครงสร้างภายในสามมิติขึ้นใหม่โดยใช้วิธีการอ่านค่าความจุนี้ โดยใช้เครื่องตรวจจับโพลีคริสตัลไลน์ MAPbI3 ผลลัพธ์แสดงให้เห็นถึงความเสถียรของสัญญาณและความละเอียดเชิงพื้นที่ที่ดีขึ้น และแนะนำแนวทางที่เป็นไปได้สำหรับการตรวจจับด้วยรังสีเอกซ์และเอกซเรย์คอมพิวเตอร์โดยใช้เพอรอฟสไกต์ที่เชื่อถือได้และคุ้มค่า

2. นักวิจัยพัฒนาเครื่องตรวจจับภาพเพอรอฟสไกต์ Ruddlesden–Popper แบบ 2 มิติที่ผสมผสานการสัมผัสแบบไม่สมมาตรและความไวแสงสูงพิเศษ

ทีมจากมหาวิทยาลัย Fudan ได้พัฒนาเครื่องตรวจจับภาพเปรอฟสไกต์แบบเฟส Ruddlesden–Popper (RP) 2 มิติประสิทธิภาพสูง โดยใช้การกำหนดค่าอิเล็กโทรดแบบไม่สมมาตร ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของออปโตอิเล็กทรอนิกส์ได้อย่างมาก

งานวิจัยนี้ใช้ไมโครเพลตผลึกเดี่ยว (PEA)₂PbBr₄ (PPB) ซึ่งปลูกโดยวิธีการเชื่อมต่อระหว่างของเหลวกับอากาศที่มีความหนาตั้งแต่ ~60 ถึง 350 นาโนเมตร เป็นชั้นแอคทีฟ นักวิจัยได้สร้างตัวกั้นการสัมผัสแบบอสมมาตรขึ้น โดยการนำอิเล็กโทรดโลหะสองชนิดที่ไม่เหมือนกันมาใช้ ซึ่งทำให้สามารถจัดแนวแถบและสกัดประจุได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นเมื่อเทียบกับอุปกรณ์แบบสมมาตรทั่วไป

วิศวกรรมอินเทอร์เฟซนี้ให้ผลการเพิ่มประสิทธิภาพของโฟโตเคอร์เรนต์แบบไบแอสที่ 5.59 × 10⁴ เท่า ร่วมกับการทำงานแบบขับเคลื่อนด้วยตัวเองที่โดดเด่นด้วยอัตราส่วนเปิด/ปิดที่สูงถึง 7.69 × 10³ กระแสมืดต่ำมาก (3.28 × 10⁻¹³ A) และเอาต์พุตโฟโตเคอร์เรนต์ที่แข็งแกร่ง (2.41 × 10⁻⁹ A) ผลลัพธ์เหล่านี้เน้นย้ำว่าอินเทอร์เฟซโลหะ-เพอรอฟสไกต์ที่ได้รับการปรับแต่งอย่างละเอียดสามารถกำหนดพลวัตการแยกตัวของพาหะและประสิทธิภาพโดยรวมของอุปกรณ์ในระบบเฟส RP แบบ 2 มิติได้อย่างไร

ผลการวิจัยนี้เสนอแนวทางที่ตรงไปตรงมาแต่มีประสิทธิภาพในการสร้างเครื่องตรวจจับแสงแบบขับเคลื่อนด้วยตัวเองรุ่นต่อไป และพัฒนาความเข้าใจที่กว้างขึ้นเกี่ยวกับการขนส่งประจุและฟิสิกส์ของส่วนต่อประสานในวัสดุเปรอฟสไกต์แบบหลายชั้น