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基于石墨烯的新型光電探測器 可改善夜視,、熱傳感及醫(yī)學成像

2018-07-09
關鍵詞: 光電探測器 傳感器

  據(jù)麥姆斯咨詢報道,,來自加州大學洛杉磯分校的薩姆厄里工程學院(the UCLA Samueli School of Engineering)的工程師們采用石墨烯發(fā)明了一款新型光電探測器,它比目前最先進的光電探測器能處理更多類型的光,。同時,,該器件還具有出色的傳感和成像能力。

  光電探測器是光傳感器;在照相機和其他成像器件中,,光電探測器可感知被稱為光子的基本粒子的圖案,,并根據(jù)這些圖案創(chuàng)造圖像。不同的光電探測器可感知到的光譜范圍不同,。例如,,在夜視鏡中,就可使用光探測器來感知肉眼不可見的熱輻射,。另外,,通過了解物質反射光的特性,光電探測器還可用于識別環(huán)境中的化學物質,。

  光電探測器的多用途和可用性主要取決于以下三個因素:器件的運行速度,,器件對較低亮度的靈敏度,以及器件能感知光譜的范圍,。通常情況下,,工程師們在改進光電探測器的上述任意關鍵因素時,至少需要削弱另外兩項因素的一種,。

  然而,,UCLA研究小組設計的光電探測器,在這三方面都有很大的改進:該光電探測器探測的光譜范圍更廣,,處理圖像的速度更快,,對低亮度光線比當前技術更靈敏。

  領導該項研究的電子與計算機工程教授Mona Jarrahi認為:“我們的光電探測器可擴展成像和傳感系統(tǒng)中光電探測器的探測范圍和潛在用途,。該光電探測器可極大地改善夜視和醫(yī)學診斷應用中的熱成像,,在醫(yī)學診斷中,溫度的細微差別可以為醫(yī)生提供大量的病人信息,。該光電器件也可用于環(huán)境傳感技術,,以更準確地識別污染物的濃度?!?/p>

  該項研究已發(fā)表于Light: Science and Applications《光:科學與應用》雜志,。

  石墨烯是由單層碳原子組成的超薄材料,新型光電探測器利用了石墨烯的獨特特性,。石墨烯是檢測光子的優(yōu)秀材料——這是由于石墨烯能從廣泛的電磁波譜(從紫外線到可見光,,再到紅外線和微波波段)中吸收能量。石墨烯也是優(yōu)秀的電流導體——這是由于電子可以暢通無阻地穿過石墨烯,。

  為了構建光電探測器,,研究人員在本身覆蓋了硅基的二氧化硅層上鋪設了石墨烯。然后,,研究人員創(chuàng)造了一系列由黃金制成的梳齒狀納米級圖案,,“梳齒”約有100nm寬。

  石墨烯可當作網來捕捉進入的光子,然后將它們轉換成電信號,。金梳齒狀納米圖案迅速將這些信息傳輸至處理器,,從而產生相應的高質量圖像,即使在低光照條件下也能保持如此性能,。

  UCLA的博士后學者,、該項研究的主要作者SemihCakmakyapan說:“我們專門設計了石墨烯納米條紋和其金屬貼片的尺寸,這樣一來,,進入的可見光和紅外光就會被緊緊束縛在里面,。在整個光譜范圍內(從可見光到紅外波段),這種設計能有效地產生‘可遵循光強度的超快和細微變化’的電信號,?!?/p>

  該研究的其他作者為UCLA的研究生Ping Keng Lu和Aryan Navabi。同時,,該項研究還得到了美國能源部(the Department of Energy)的支持,。


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