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美国科学家利用量子点技术开发低成本红外相机

文章出处:未知 作者:admin人气:发表时间:2019-03-12 20:03
在人眼无法看到的波长范围,红外相机可以捕捉这些神秘的光线,例如植物光合作用时发出的光,超酷的星体燃烧,电池发热等等。它们还可以透视烟雾和塑料。
 
不过,红外相机对比可见光相机可贵多了。而且,红外光的能量小于可见光,使其更难捕捉。而美国芝加哥大学(University of Chicago)的科学家们取得了新的突破,未来或能制造更具成本效益的红外热像仪,从而为智能手机等大众消费电子产品提供红外摄像头,还能帮助自动驾驶汽车更准确的探测周围环境。
 
“制造红外热像仪的传统方法在材料和时间方面成本都很高,但我们开发的这种方法速度更快、性能更好,”博士后研究员Xin Tang说,他是这项发表在Nature Photonics上的研究成果的第一作者。
 
“这就是为什么我们对其潜在的商业价值非常兴奋,”这项研究的共同作者、物理和化学教授Philippe Guyot-Sionnest说。
 
目前的红外热像仪是通过连续制备多层半导体材料制成的,这是一种复杂且容易出错的过程,这使得红外热像仪很昂贵,而很难进入大众消费电子产品。
 
Guyot-Sionnest的实验室转而研究量子点技术(只有几纳米的微小纳米粒子,一纳米大约是人体指甲每秒生长的长度)。在这种尺度上,它们表现出了很多独特的属性,会根据它们的大小而变化。科学家们可以通过调整粒子的大小来控制它们的特性。根据这一特性,科学家们可以调整量子点以捕捉红外波段的光。
 
这种“可调性”对于红外相机很重要,因为它们需要捕捉不同波段的红外光谱。“捕捉红外波段的多个波长,可以提供更多的光谱信息,就像为黑白电视增添色彩一样,”Tang解释道,“短波红外可以提供纹理和化学成分信息,中波红外可以提供温度信息。”
 
他们通过微调量子点获得一种检测短波红外光的方案和一种检测中波红外光的方案。然后将两者都整合到硅片上。
 
由此获得的红外相机表现非常好,且制造更简单。“这是一个非常简单的过程,”Tang解释说,“就像拿一个烧杯,注入一种溶液,再注入第二种溶液,然后等待五到十分钟,就获得了一种可以很方便制造功能器件的新溶液。”
 
科学家称,廉价的红外热像仪有许多潜在的用途,包括依靠传感器扫描道路和周围环境的自动驾驶汽车。还可以利用红外光来检测生物发出的热量特征,它们还能穿透浓雾,因此汽车工程师会喜欢利用它们,但之前红外热像仪的成本太高了。
 
红外热像仪对科学家来说也很有用。“如果今天我想为我的实验室采购一台红外热像仪,它将花费25000美元或更多,”Guyot-Sionnest说,“但红外热像仪在许多学科研究中都有用武之地。例如,生物学家可以利用蛋白质发出的红外信号进行蛋白质跟踪。”