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石墨烯又立功!红外传感器造就夜视功能

导读: 美国密歇根大学的科学家研制出一种全新的红外传感器,它可被用于隐形眼镜,让其拥有夜视功能。据介绍,这种传感器具有捕捉可见光和红外线的能力,并且在镜片之间夹入石墨烯,而无需笨重的冷却装置。

  随着现在信息技术的革新与更迭换代越来越快,更多的高新技术与新兴事物在我们的周围拔地而起,红外传感器技术作为近年来发展最快的技术之一,目前已广泛应用于航空航天、天文、气象、军事、工业和民用等众多领域,起着不可替代的重要作用。

  红外线,实质上是一种电磁辐射波,其波长范围大致在0.78m~1000m频谱范围内,因其是位于可见光中红光以外的光线,故而得名为红外线。任何温度高于绝对零度的物体,都会向外部空间以红外线的方式辐射能量。利用红外辐射实现相关物理量测量的传感技术,即为红外传感技术。

  美国密歇根大学的科学家研制出一种全新的红外传感器,它可被用于隐形眼镜,让其拥有夜视功能。据介绍,这种传感器具有捕捉可见光和红外线的能力,并且在镜片之间夹入石墨烯,而无需笨重的冷却装置。

  这种用石墨烯开发出来的红外线图像传感器只有指甲盖大小。不同于目前常见的中红外和远红外图像传感器,首次实现了在室温下对全红外光谱的观测。由于体积小、重量轻,它甚至能够集成到隐形眼镜或手机当中,未来有望在军事、安保、医学等多个领域获得应用。

  红外线的波长在760纳米至1毫米之间,是波长比红光长的非可见光,分为近红外线、中红外线和远红外线三种。普通摄像机只需一个芯片就能拍摄到可见光,而红外成像技术则需要同时看到近红外、中红外和远红外各种不同频谱的图像。更具挑战性的是,中红外和远红外传感器通常必须在极低的温度才能工作。

  科研人员将石墨烯作为原材料,石墨烯是一种由碳原子构成的单层结构,能够探测到整个光谱的红外线、可见光和紫外线。但由于石墨烯对光线的吸收能力较差(2.3%),不足以产生足够的电信号,此前相关的研究一直止步不前。上一代石墨烯红外线传感器所面临的最大问题是灵敏度太差,无法满足商用设备的需要。

  为了克服这一障碍,科研人员对石墨烯产生电信号的过程进行了改进。据相关资料了解到,他们在两个石墨烯薄片之间设置了一个绝缘隔离层,底层有电流通过。当光线照射到顶层石墨烯的时候,装置会释放电子,产生带正电的空穴。而后,在量子机制的作用下,电子穿过中间的绝缘层,到达底部的石墨烯层。此时,留在上层石墨烯上的带正电空穴会产生电场,并对下层石墨烯的电流产生影响。通过测量电流的变化,就能推断出照射在上层石墨烯上的光的亮度。

  新方法首次让中红外和远红外传感器的灵敏度达到了一个新的高度,完全能够媲美需要冷却装置才能运行的传统红外线传感器。并且该设备只有一个指甲盖大小,很容易实现集成。如果能够将这种探测器集成到隐形眼镜或其他可穿戴电子设备当中,将有望为人们提供一种前所未有的、与环境进行交互的新方式。同时,该技术也为红外线技术在军事、安保、医学等多个领域中的应用开辟了新的想象空间。

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