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美國科學家利用量子點技術開發低成本紅外相機

文章出處:未知 作者:admin人氣:發表時間:2019-03-12 20:03
在人眼無法看到的波長範圍,紅外相機可以捕捉這些神秘的光線,例如植物光合作用時發出的光,超酷的星體燃燒,電池發熱等等。它們還可以透視煙霧和塑料。
 
不過,紅外相機對比可見光相機可貴多了。而且,紅外光的能量小于可見光,使其更難捕捉。而美國芝加哥大學(University of Chicago)的科學家們取得了新的突破,未來或能制造更具成本效益的紅外熱像儀,從而為智能手機等大衆消費電子産品提供紅外攝像頭,還能幫助自動駕駛汽車更準确的探測周圍環境。
 
“制造紅外熱像儀的傳統方法在材料和時間方面成本都很高,但我們開發的這種方法速度更快、性能更好,”博士後研究員Xin Tang說,他是這項發表在Nature Photonics上的研究成果的第一作者。
 
“這就是為什麼我們對其潛在的商業價值非常興奮,”這項研究的共同作者、物理和化學教授Philippe Guyot-Sionnest說。
 
目前的紅外熱像儀是通過連續制備多層半導體材料制成的,這是一種複雜且容易出錯的過程,這使得紅外熱像儀很昂貴,而很難進入大衆消費電子産品。
 
Guyot-Sionnest的實驗室轉而研究量子點技術(隻有幾納米的微小納米粒子,一納米大約是人體指甲每秒生長的長度)。在這種尺度上,它們表現出了很多獨特的屬性,會根據它們的大小而變化。科學家們可以通過調整粒子的大小來控制它們的特性。根據這一特性,科學家們可以調整量子點以捕捉紅外波段的光。
 
這種“可調性”對于紅外相機很重要,因為它們需要捕捉不同波段的紅外光譜。“捕捉紅外波段的多個波長,可以提供更多的光譜信息,就像為黑白電視增添色彩一樣,”Tang解釋道,“短波紅外可以提供紋理和化學成分信息,中波紅外可以提供溫度信息。”
 
他們通過微調量子點獲得一種檢測短波紅外光的方案和一種檢測中波紅外光的方案。然後将兩者都整合到矽片上。
 
由此獲得的紅外相機表現非常好,且制造更簡單。“這是一個非常簡單的過程,”Tang解釋說,“就像拿一個燒杯,注入一種溶液,再注入第二種溶液,然後等待五到十分鐘,就獲得了一種可以很方便制造功能器件的新溶液。”
 
科學家稱,廉價的紅外熱像儀有許多潛在的用途,包括依靠傳感器掃描道路和周圍環境的自動駕駛汽車。還可以利用紅外光來檢測生物發出的熱量特征,它們還能穿透濃霧,因此汽車工程師會喜歡利用它們,但之前紅外熱像儀的成本太高了。
 
紅外熱像儀對科學家來說也很有用。“如果今天我想為我的實驗室采購一台紅外熱像儀,它将花費25000美元或更多,”Guyot-Sionnest說,“但紅外熱像儀在許多學科研究中都有用武之地。例如,生物學家可以利用蛋白質發出的紅外信号進行蛋白質跟蹤。”