Научные инциденты порой приносят совершенно неожиданные результаты. Так, во-многом благодаря случайности, появились вулканизированная резина, рентген, пенициллин, местная анестезия и многое другое. А в наше время исследователи из научного центра UCLA, который располагается в славном Лос-Анджелесе, неожиданно наткнулись на материал, благодаря которому цифровые камеры в том виде, в каком мы к ним привыкли, уже скоро могут стать лишь достоянием истории.
Аспирантка Санг-Ю Чен (Hsiang-Yu Chen) работала над новой формулой для солнечных батарей, когда что-то пошло не так. Вместо того, чтобы вырабатывать электричество, при контакте с прямыми солнечными лучами, изменилась проводимость материала, с которым она работала.
«Изначальной целью было создание более эффективной солнечной батареи» — говорит Чен, — «Так или иначе, в ходе исследование мы увидели, что свойства солнечной батареи просто исчезли». Вместо выработки электроэнергии, тестируемый материал стал высоко фоточувствительным, что натолкнуло на мысль об его использовании в качестве сенсора.
Благодаря счастливой случайности, возможно что скоро на горизонте появится новый тип цифровых фото- и видео-камер, внутри которых будут более дешевые и высококачественные матрицы, кроме того, обладающими меньшими показателями шума, нежели сегодня выпускающиеся. Под катом будут фотографии с описаниями.
На фото вверху — пять полосок нового материала на стеклянной подложке, которую Чен держит щипцами в стерильном боксе.
На этой фотографии Санг-Ю Чен берет пробу полимера из пробирки. Исследователи в этой лаборатории тестируют сотни материалов, прежде чем найдется хоть один, чьи свойства подходят для дальнейших экспериментов.
Когда Чен сделала свое открытие, она работала с субстанцией, напоминающей пластик, покрытый квантовыми точками — наночастицами (размером примерно с вирус), чьи свойства схожи со свойствами полупроводников. Квантовые наночастицы, в случае успеха, обеспечили бы новому типу матриц небывалое, даже по сегодняшним меркам, разрешение. А так как этот новый материал является полимерной лентой, он гибок и однажды мог бы стать очень дешевым.
Вверху видно пару емкостей, содержащих концентраты различных полимеров. Позже все они будут протестированы на реакцию солнечному свету.
Сегодняшние матрицы в цифровых камерах, те самые, которые определяют наличие света и позволяют сделать снимок, сделаны из кремния. Это делает их достаточно дорогими и, в то же время, плоскими и твердыми. Казалось бы, что все в порядке, пусть сенсор и плоский, однако так только кажется ровно до того момента, пока мы не задумаемся о том, как работают линзы объективов. Ведь в зависимости от кривизны стекла меняется и изображение, которое получается на выходе. А когда сферическое изображение проецируется на плоскую поверхность, то получается, что около углов уровень шума достаточно высок. Гибкая матрица предотвратила бы подобное явление.
Теперь полимер, нанесенный на подложку, заключен в металлическую оболочку и помещен в электродную клипсу (белая штуковина, часть установки). Ее задача состоит в том, чтобы сенсор «прочитал» информацию, когда будет вынесен на свет. Именно так работают все светочувствительные материалы, однако здесь серьезной задачей является еще и процесс получения информации о том, насколько хорошо полимер воспринимает «картинку».
Теперь пробный экземпляр полимера, находящийся внутри клипсы, помещен в тестовую установку. Провода, хорошо различимые с правой стороны, будут посылать любую электрическую активность материала на компьютер для последующего анализа.
Наверняка вы заметили, что все эти операции проводились в изолированном стерильном боксе. Теперь к нему подключили очень яркий источник света широкого спектра. Причем расстояние от самого источника до тестируемого материала жестко зафиксировано. Несмотря на то, что на фотографии свет кажется синим (это происходит из-за того, что в лаборатории желтый свет), на самом деле он максимально близок к цвету дневного света.
Чен проверяет результаты теста используя компьютер и специальное ПО, разработанное для нужд лаборатории. Графики, в виде которых выводится обработанная информация, отвечают уровню реакции материала на свет.
В изначальном эксперименте юное дарование надеялось увидеть в результате электричество, которое бы неизбежно вырабатывалось при контакте света с полимером, но вместо этого свет останавливает поток электроэнергии. Это явление и говорит о том, что тестируемый материал ведет себя как светочувствительная матрица, а не солнечная батарея.
Несмотря на то, что основным направление работы лаборатории все еще является проблематика эффективности солнечных батарей, полученные Чен результаты уже опубликованы. Теперь вопрос технологии стал лишь вопросом времени, так как многие компании, производящие фото- и видео-оборудование уже обратили внимание на эту находку.
Сканирующий атомно-силовой микроскоп (АСМ) используется для того, чтобы получить изображение профиля полимера и посмотреть на его атомарную структуру. Нано-игла проходит по поверхности практически так же, как и игла проигрывателя виниловых пластинок.
Эта игла прикреплена к кантилеверу, которые отражает лазерный луч, из-за чего на выходе получается трехмерное топографическое изображение поверхности. Оно позволяет исследователям убедится в том, что квантовые точки правильно расположены по всей площади полимера.
А вот сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) используется для того, чтобы определить физическое строение полимера. Уровень детализации картинки, получаемой с помощью СТМ, равен нескольким сотням нанометров. На фото вверху видно микроизображение фоточувствительного (теперь уже без сомнений) полимера.
Письмо Чен, отправленное в Nature с сообщением о случайной, но от этого не перестающей быть инновационной, находке, находится здесь. Осталось пожелать удачи молодой девушке, чей интерес к своей работе вполне может вывести все человечество на качественно новый уровень понимания того, что такое «видео» и «фото».
Спасибо парням из Wired
