美研製出指甲大小的紅外線圖像感測器

2014年03月18日01:10    來源：科技日報   

　　科技日報訊 美國科學家日前用石墨烯開發出一種只有指甲蓋大小的紅外線圖像感測器。不同於目前常見的中紅外和遠紅外圖像感測器，新技術無需笨重的冷卻裝置就能運行，首次實現了在室溫下對全紅外光譜的觀測。由於體積小、重量輕，它甚至能夠集成到隱形眼鏡或手機當中，未來有望在軍事、安保、醫學等多個領域獲得應用。相關論文在線發表在《自然·納米技術》雜誌網站上。

　　紅外線的波長在760納米至1毫米之間，是波長比紅光長的非可見光，分為近紅外線、中紅外線和遠紅外線三種。普通攝像機只需一個晶元就能拍攝到可見光，而紅外成像技術則需要同時看到近紅外、中紅外和遠紅外各種不同頻譜的圖像。更具挑戰性的是，中紅外和遠紅外感測器通常必須在極低的溫度才能工作。

　　由密歇根大學電氣工程和計算機學助理教授鍾朝暉（音譯）和同校的特德·諾里斯教授負責的這項研究將石墨烯作為原材料。石墨烯是一種由碳原子構成的單層結構，能夠探測到整個光譜的紅外線、可見光和紫外線。但由於石墨烯對光線的吸收能力較差（2.3%），不足以產生足夠的電信號，此前相關的研究一直止步不前。鍾朝暉說：「上一代石墨烯紅外線感測器所面臨的最大問題是靈敏度太差，無法滿足商用設備的需要。」

　　為了克服這一障礙，鍾朝暉和他的團隊對石墨烯產生電信號的過程進行了改進。據物理學家組織網3月17日報道稱，他們在兩個石墨烯薄片之間設置了一個絕緣隔離層，底層有電流通過。當光線照射到頂層石墨烯的時候，裝置會釋放電子，產生帶正電的空穴。而後，在量子機制的作用下，電子穿過中間的絕緣層，到達底部的石墨烯層。此時，留在上層石墨烯上的帶正電空穴會產生電場，並對下層石墨烯的電流產生影響。通過測量電流的變化，就能推斷出照射在上層石墨烯上的光的亮度。

　　鍾朝暉稱，新方法首次讓中紅外和遠紅外感測器的靈敏度達到了一個新的高度，完全能夠媲美需要冷卻裝置才能運行的傳統紅外線感測器。並且該設備只有一個指甲蓋大小，很容易實現集成。他說，如果能夠將這種探測器集成到隱形眼鏡或其他可穿戴電子設備當中，將有望為人們提供一種前所未有的、與環境進行交互的新方式。同時，該技術也為紅外線技術在軍事、安保、醫學等多個領域中的應用開闢了新的想象空間。

　　（王小龍）

(來源:科技日報)