Экологичные квантовые точки позволят видеть в темноте без токсичных металлов

Производители инфракрасных камер сталкиваются с серьёзной проблемой: токсичные тяжёлые металлы в современных детекторах всё чаще попадают под запрет экологических норм, вынуждая компании искать компромисс между производительностью и соответствием требованиям.

Лицо, снятое в инфракрасном диапазоне. Автор: Шлок Дж. Пол

В статье, опубликованной в журнале ACS Applied Materials & Interfaces, исследователи из Инженерной школы Тандона Нью-Йоркского университета представили потенциальное решение. Они используют коллоидные квантовые точки для обнаружения инфракрасного света без применения ртути, свинца или других запрещённых материалов.

Традиционные детекторы изготавливаются медленными, сверхточными методами, которые размещают атомы практически по одному на пикселях детектора. Коллоидные же квантовые точки синтезируются полностью в растворе, подобно созданию чернил, и могут наноситься с помощью масштабируемых методов напыления. Этот переход от трудоёмкой сборки к растворной обработке значительно снижает стоимость производства.

«Промышленность столкнулась с идеальным штормом, когда экологические нормы ужесточаются как раз в момент взрывного роста спроса на инфракрасное изображение», — заявил Аясканта Саху, старший автор исследования.

Исследователи также решили проблему низкой проводимости «чернил» из квантовых точек, используя метод обмена лигандами в растворе. Это позволило создать гладкие, равномерные покрытия, идеально подходящие для масштабируемого производства.

Полученные устройства демонстрируют высокую производительность: они реагируют на инфракрасный свет в микросекундном масштабе и могут обнаруживать сигналы мощностью всего в нановатт.

«Меня воодушевляет то, что мы можем взять материал, долгое время считавшийся слишком сложным для реальных устройств, и доработать его, чтобы сделать более конкурентоспособным», — сказал ведущий исследователь Шлок Дж. Пол.

Эта работа дополняет предыдущие исследования той же группы по созданию прозрачных электродов из серебряных нанопроволок. В сочетании эти разработки решают проблемы создания крупноформатных инфракрасных imaging-систем, которые требуют высокопроизводительного обнаружения на больших площадях.

Хотя производительность новых детекторов пока уступает лучшим образцам на основе тяжёлых металлов, исследователи ожидают, что дальнейшее развитие синтеза квантовых точек и инженерии устройств позволит сократить этот разрыв.

Больше информации: Shlok J. Paul et al, Heavy Metal Free Ag₂Se Quantum Dot Inks for Near to Short-Wave Infrared Detection, ACS Applied Materials & Interfaces (2025). DOI: 10.1021/acsami.5c12011