Forscher der School of Basic Sciences an der École Polytechnique Fédérale de Lausanne in der Schweiz haben mit dem Aersol-Jet-3D-Druckverfahren eine Möglichkeit zur Herstellung kostengünstiger und hochauflösender Perowskit-Graphen-Röntgen-Detektoren entwickelt. Dazu verwendeten sie die Materialien Graphen und Perowskit. Die 3D-gedruckten Perowskit-Graphen-Detektoren wurden als Möglichkeit zur preiswerten Herstellung von Röntgenbildern in Entwicklungsländern vorgestellt.

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Forscher an der School of Basic Sciences der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) haben laut einer Pressemitteilung unter der Leitung von László Forró kostengünstige hochauflösende Detektoren entwickelt, die bei „niedrigem Photonenfluss“ arbeiten. Niedriger Photonenfluss beschreibt, wie viele Photonen zu einem bestimmten Zeitpunkt auf den Detektor treffen und die Anzahl der Elektronen, die der Fluss erzeugt. Die Ergebnisse ihrer Arbeit veröffentlichten sie im Fachjournal ACS Nano unter dem Titel „Ultrasensitive 3D Aerosol-Jet-Printed Perovskite X-ray Photodetector„.

Perowskit-Graphen-Röntgendetektoren

Für die Herstellung hocheffizienter Röntgendetektoren verwendeten sie das Aerosol-Jet-3D-Druckverfahren, der leicht in die Standardmikroelektronik integriert werden kann. Damit soll die Leistung medizinischer Bildgebungsgeräte erheblich verbessert werden.

Graphen und Perowskit sind Materialien aus organischen Verbindungen, die an Metall gebunden sind. Die Forscher haben diese Materialien für die neuen Detektoren gewählt. Sie sind einfach zu synthetisieren, vielseitig und stehen an der Spitze einer Vielzahl von Anwendungen. Dazu gehören LED-Leuchten, Solarzellen, Laser und Fotodetektoren.

Beispiel abgeschiedener Perowskit-Säulen
Die Forscher druckten mit dem Aerosol-Jet-Drucker am CSEM in Neuenburg 3D-Perowskitschichten auf ein Graphensubstrat (Bild © L. Forró, EPFL).

Herstellung mit Aerosol-Jet-3D-Druck

Der neuartige Aerosol-Jet-3D-Druck ermöglicht 3D-gedruckte elektronische Komponenten wie Widerstände, Kondensatoren, Antennen, Sensoren und Dünnschichttransistoren. Mit diesen drucken sie Elektronik auf ein bestimmtes Substrat.

Die Forscher druckten mit dem Aerosol-Jet-Drucker am CSEM in Neuenburg 3D-Perowskitschichten auf ein Graphensubstrat. In einem Gerät soll der Perowskit als Photonendetektor und Elektronenentlader fungieren und das Graphen verstärkt das ausgehende elektrische Signal. Methylammonium-Bleiiodid-Perowskit (MAPbI3) verfügt über sehr gute optoelektronischen Eigenschaften und ist günstig in der Herstellung.

Endre Horváth, Chemiker des Forscherteams, beschreibt es folgendermaßen:

„Dieser Perowskit hat schwere Atome, die einen hohen Streuquerschnitt für Photonen bieten, und macht dieses Material zu einem perfekten Kandidaten für die Röntgendetektion“.

Die Methode der Forscher brachte Röntgendetektoren mit einer Aufzeichnungsempfindlichkeit und einer vierfachen Verbesserung gegenüber vielen medizinischen Bildgebungsgeräten seiner Klasse.

Forró ergänzt:

„Durch die Verwendung von photovoltaischen Perowskiten mit Graphen hat die Reaktion auf Röntgenstrahlen enorm zugenommen. Dies bedeutet, dass bei Verwendung dieser Module in der Röntgenbildgebung die zur Erzeugung eines Bildes erforderliche Röntgendosis um mehr als das Tausendfache verringert werden könnte, was das Gesundheitsrisiko dieser energiereichen ionisierenden Strahlung für den Menschen verringert.“

Mit den Perowskit-Graphen-Detektoren lassen sich außerdem einfache Bilder erstellen, was laut Forró ein echter Vorteil für Entwicklungsländer sein könnte. Über die weitere Entwicklung berichten wir im 3D-grenzenlos Magazin (Newsletter abonnieren).

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