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Este proceso también minimiza el desperdicio de químicos y solventes, el consumo de energía y el tiempo de producción. Además, previene la oxidación no deseada de la superficie del QD durante el aislamiento y la purificación, lo que da como resultado productos QD de alta calidad y alto rendimiento.
Los QD INFIQ altamente escalables se pueden sintonizar a longitudes de onda de 1400 a más de 2000 nm. La empresa también puede ofrecer un desarrollo completo desde el material hasta el dispositivo, simplificando la integración de los QD. Con la disponibilidad de esta tecnología, es posible obtener imágenes y sensores SWIR potentes y rentables para una gama mucho más amplia de industrias.
Casos de uso actuales para imágenes y sensores SWIR
SWIR no es sólo una tecnología del futuro. Debido a que los sensores y generadores de imágenes SWIR pueden detectar firmas de reflectancia espectral específicas, ya se utilizan con fines especializados en todo, desde alimentos y productos farmacéuticos hasta la clasificación de plástico reciclado y el seguimiento de cultivos desde el aire.
En el mundo de la visión artificial, por ejemplo, la tecnología SWIR se utiliza para mejorar las capacidades existentes y abrir nuevas aplicaciones. Con esta tecnología, es posible desarrollar sensores que puedan «ver» a través de materiales que de otro modo serían opacos, como ciertos plásticos, lo que facilitará el seguimiento de los niveles de líquido o polvo en contenedores sellados. Estos sensores también pueden ver a través del silicio y controlar así la calidad de los contactos durante la producción de componentes semiconductores.
La industria de alimentos y bebidas también se beneficia de los sensores SWIR. Los sistemas tradicionales de clasificación de alimentos utilizan el espectro visible para analizar productos por forma o color. Esto significa que, si bien pueden detectar defectos superficiales y contaminación, también pueden detectar defectos menos visibles, como: B. Los alimentos dañados o podridos o los cuerpos extraños incrustados en los alimentos no se pueden identificar y es más probable que pasen por el proceso de clasificación.
Sin embargo, el coeficiente de absorción del agua alcanza su punto máximo en la región SWIR a 1.440 nm, lo que significa que las longitudes de onda SWIR a menudo son absorbidas por el agua y, por lo tanto, aparecen como una región más oscura en un generador de imágenes SWIR. Por lo tanto, los generadores de imágenes SWIR se pueden utilizar para detectar marcas de presión en los alimentos antes de que se hayan formado por completo o para localizar la ausencia de humedad en los alimentos, lo que podría indicar la presencia de cuerpos extraños.
Los sistemas de imágenes hiperespectrales más avanzados también pueden detectar todo, desde bacterias hasta la madurez de los alimentos, sin causar daños. Esto ayuda a reducir el desperdicio de alimentos, un enorme problema medioambiental.
Debido a que SWIR coincide con las longitudes de onda de emisión de otros dispositivos, se utiliza para monitorear la calidad de los paneles solares y capturar imágenes de electroluminiscencia y fotoluminiscencia. También se utiliza en láseres industriales y de telecomunicaciones que pueden emitir SWIR para que las cámaras puedan evaluar su intensidad o perfil espectral. No existe una alternativa funcional a SWIR para estos casos de uso.
Además, las longitudes de onda SWIR tienen numerosas aplicaciones en el mercado médico. Debido a que esta luz penetra más profundamente en el tejido que otras longitudes de onda y causa menos daño que alternativas como los rayos X, es ideal para detectar afecciones «ocultas» mucho antes de que aparezcan los síntomas. Por ejemplo, el cáncer y algunas otras enfermedades exhiben firmas espectrales específicas en el SWIR, lo que permite la detección temprana de patologías.
“Dopando” el panorama del consumidor con QD sin plomo
Los QD ya tienen el potencial de mejorar una asombrosa gama de tecnologías de consumo. Desde vehículos autónomos hasta rastreadores de actividad física, la amplia disponibilidad de sensores SWIR impulsará el rápido desarrollo de algunos de los sistemas que utilizamos todos los días. Se espera que la primera tecnología SWIR de consumo se utilice en teléfonos inteligentes de alta gama dentro de unos años, proporcionando sensores de reconocimiento facial lo suficientemente delgados como para caber debajo de la pantalla OLED, brindando una verdadera cobertura de pantalla de borde a borde que Edge permite.
La razón por la que la aceptación de SWIR por parte de los consumidores va por detrás del uso industrial se debe en gran medida a las preocupaciones relativas a la seguridad y al medio ambiente del uso de materiales QD. Los QD infrarrojos más sofisticados se basan en metales pesados como el plomo, que proporcionan una excelente sensibilidad SWIR pero están prohibidos por muchos de los principales fabricantes de semiconductores.
Se han propuesto QD sin plomo como una opción para superar este obstáculo, pero hasta la fecha, la síntesis de QD sin plomo ha planteado un obstáculo importante para lograr un control preciso sobre la distribución de tamaño y forma dentro de la región SWIR. A menudo, la producción de QD sin plomo requiere el uso de materiales combustibles, y las reacciones químicas involucradas en su producción son complicadas de regular y escalar de manera efectiva.
Quantum Science ha superado este desafío mediante la implementación de procesos sintéticos innovadores, que permiten por primera vez un control preciso del tamaño de los nanocristales en el rango SWIR. Esto hace posible ahora producir materiales QD sin plomo que tengan las características de rendimiento requeridas y puedan fabricarse a escala para satisfacer la creciente demanda.
En este sentido, los QD sin plomo de INFIQ han cerrado la brecha de rendimiento en comparación con los QD tradicionales basados en plomo. Se pueden sintonizar con longitudes de onda de absorción entre 800 y 1550 nm, y los dispositivos SWIR equipados con ellos han demostrado una eficiencia cuántica externa (EQE) superior al 20% en condiciones de baja polarización, siendo posible una mayor EQE con voltajes de polarización operativos más altos.
Como resultado, los mercados de consumo ahora tienen acceso a materiales sensibles a SWIR de alto rendimiento y no tóxicos que permiten a los sensores capturar datos invisibles importantes a un costo significativamente menor en comparación con las tecnologías actuales. Este avance ayuda a desbloquear un rico nivel de información a escala e impulsar el desarrollo de nuevas funciones interesantes.
De la automoción a la medicina y las energías renovables
Los diseños actuales de vehículos autónomos, por ejemplo, se basan en LiDAR para mapear su entorno en 3D y en cámaras internas para monitorear al conductor. Equipar los sistemas LiDAR con tecnología SWIR segura para los ojos aumenta la potencia del láser y aumenta el rango de detección efectivo de 200 a 500 metros. Estos sensores SWIR también podrán detectar mejor obstáculos reflectantes en la carretera, como hielo o aceite, lo que permitirá que el vehículo ajuste su agarre para que la conducción sea más segura.
Los dispositivos electrónicos avanzados para la salud del consumidor, como los rastreadores de actividad física, pueden usar SWIR QD sin plomo para monitorear los cambios en los niveles de melanina o hemoglobina debajo de la piel, lo que brinda capacidades mejoradas de monitoreo de la salud. La monitorización no invasiva de la glucosa será posible gracias a que los relojes SWIR compatibles con QD sin plomo pueden monitorizar los cambios al instante, proporcionando una forma cómoda de realizar un seguimiento del estado de salud de los usuarios.
La integración de QD SWIR sin plomo permite una captura perfecta de datos biométricos y mejora los sistemas de autenticación y seguridad de huellas dactilares. En la detección 3D, los QD SWIR sin plomo admiten el diseño de panel completo, lo que mejora las capacidades de detección. En la realidad virtual y aumentada, estos materiales conducirán a un mejor rendimiento y seguridad de las funciones relacionadas con los ojos.
Pero el impacto de los QD sin plomo va más allá de mejorar las tecnologías de consumo: su proliferación también ayudará a aumentar la proporción de energía renovable en la red. Al absorber más luz y convertirla en energía de manera más eficiente, los QD sin plomo pueden aumentar significativamente el rendimiento de las células solares, ayudando a reducir las emisiones de CO2 y la dependencia de los combustibles fósiles.
La presencia de metales pesados ha dificultado anteriormente el uso de QD convencionales en células solares. Las opciones de alto rendimiento y sin plomo eliminan este obstáculo y permiten su uso en el sector de consumo. Los QD sin plomo exhiben propiedades fotovoltaicas mejoradas que tienen el potencial de aumentar significativamente la eficiencia de las células solares. Con una absorción de luz altamente eficiente y la capacidad de generar múltiples electrones, estos QD prometen aumentar significativamente el rendimiento de conversión de energía solar.
La revolución QD
No se puede subestimar el impacto que la detección SWIR potente, generalizada y no tóxica tendrá en nuestras vidas. Estos avances, desde mejores dispositivos médicos hasta una generación de energía más limpia, son posibles gracias a los rápidos avances en la tecnología QD y, lo más importante, ya están aquí.
En unos años, los QD se integrarán en los productos cotidianos. La aparición de QD sin plomo marcará el comienzo de una nueva era de saltos generacionales, llevando el campo a nuevos niveles y permitiendo aplicaciones que antes eran inimaginables. El futuro tiene un enorme potencial para que estos extraordinarios materiales remodelen nuestro mundo e impulsen el progreso en formas que aún no hemos comprendido del todo.
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