石墨烯助力打造紅外傳感器

      導(dǎo)讀：隨著現(xiàn)在信息技術(shù)的革新與更迭換代越來(lái)越快，更多的高新技術(shù)與新興事物在我們的周圍拔地而起，紅外傳感器技術(shù)作為近年來(lái)發(fā)展zui快的技術(shù)之一，目前已廣泛應(yīng)用于航空航天、天文、氣象、軍事、工業(yè)和民用等眾多領(lǐng)域，起著不可替代的重要作用。

      紅外線，實(shí)質(zhì)上是一種電磁輻射波，其波長(zhǎng)范圍大致在0.78m～1000m頻譜范圍內(nèi)，因其是位于可見(jiàn)光中紅光以外的光線，故而得名為紅外線。任何溫度高于零度的物體，都會(huì)向外部空間以紅外線的方式輻射能量。利用紅外輻射實(shí)現(xiàn)相關(guān)物理量測(cè)量的傳感技術(shù)，即為紅外傳感技術(shù)。

      美國(guó)密歇根大學(xué)的科學(xué)家研制出一種全新的紅外傳感器，它可被用于隱形眼鏡，讓其擁有夜視功能。據(jù)介紹，這種傳感器具有捕捉可見(jiàn)光和紅外線的能力，并且在鏡片之間夾入石墨烯，而無(wú)需笨重的冷卻裝置。

      這種用石墨烯開(kāi)發(fā)出來(lái)的紅外線圖像傳感器只有指甲蓋大小。不同于目前常見(jiàn)的中紅外和遠(yuǎn)紅外圖像傳感器，實(shí)現(xiàn)了在室溫下對(duì)全紅外光譜的觀測(cè)。由于體積小、重量輕，它甚至能夠集成到隱形眼鏡或手機(jī)當(dāng)中，未來(lái)有望在軍事、安保、醫(yī)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域獲得應(yīng)用。

      紅外線的波長(zhǎng)在760納米至1毫米之間，是波長(zhǎng)比紅光長(zhǎng)的非可見(jiàn)光，分為近紅外線、中紅外線和遠(yuǎn)紅外線三種。普通攝像機(jī)只需一個(gè)芯片就能拍攝到可見(jiàn)光，而紅外成像技術(shù)則需要同時(shí)看到近紅外、中紅外和遠(yuǎn)紅外各種不同頻譜的圖像。更具挑戰(zhàn)性的是，中紅外和遠(yuǎn)紅外傳感器通常必須在極低的溫度才能工作。

      科研人員將石墨烯作為原材料，石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的單層結(jié)構(gòu)，能夠探測(cè)到整個(gè)光譜的紅外線、可見(jiàn)光和紫外線。但由于石墨烯對(duì)光線的吸收能力較差（2.3%），不足以產(chǎn)生足夠的電信號(hào)，此前相關(guān)的研究一直止步不前。上一代石墨烯紅外線傳感器所面臨的zui大問(wèn)題是靈敏度太差，無(wú)法滿足商用設(shè)備的需要。

      為了克服這一障礙，科研人員對(duì)石墨烯產(chǎn)生電信號(hào)的過(guò)程進(jìn)行了改進(jìn)。據(jù)相關(guān)資料了解到，他們?cè)趦蓚€(gè)石墨烯薄片之間設(shè)置了一個(gè)絕緣隔離層，底層有電流通過(guò)。當(dāng)光線照射到頂層石墨烯的時(shí)候，裝置會(huì)釋放電子，產(chǎn)生帶正電的空穴。而后，在量子機(jī)制的作用下，電子穿過(guò)中間的絕緣層，到達(dá)底部的石墨烯層。此時(shí)，留在上層石墨烯上的帶正電空穴會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，并對(duì)下層石墨烯的電流產(chǎn)生影響。通過(guò)測(cè)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。

      新方法讓中紅外和遠(yuǎn)紅外傳感器的靈敏度達(dá)到了一個(gè)新的高度，完夠媲美需要冷卻裝置才能運(yùn)行的傳統(tǒng)紅外線傳感器。并且該設(shè)備只有一個(gè)指甲蓋大小，很容易實(shí)現(xiàn)集成。如果能夠?qū)⑦@種探測(cè)器集成到隱形眼鏡或其他可穿戴電子設(shè)備當(dāng)中，將有望為人們提供一種的、與環(huán)境進(jìn)行交互的新方式。同時(shí)，該技術(shù)也為紅外線技術(shù)在軍事、安保、醫(yī)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用開(kāi)辟了新的想象空間。

(來(lái)源：中國(guó)電子網(wǎng))