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探測(cè)器撞上石墨烯 對(duì)溫度微小變化更“敏感”
2017年06月15日 15:05:27來(lái)源：儀器信息網(wǎng)點(diǎn)擊量：38923
導(dǎo)讀他補(bǔ)充說(shuō)：“一般來(lái)說(shuō)，石墨烯CMOS技術(shù)將能夠?qū)崿F(xiàn)大量應(yīng)用，范圍包括安全、安保、低成本微型智能手機(jī)相機(jī)、消防系統(tǒng)、被動(dòng)夜視儀和夜間監(jiān)控?cái)z像頭、汽車傳感器系統(tǒng)、醫(yī)療成像應(yīng)用以及食品和藥品檢驗(yàn)到環(huán)境監(jiān)測(cè)。”
　　【中國(guó)安防展覽網(wǎng) 科技動(dòng)態(tài)】前段日子，來(lái)自巴塞羅那光電科學(xué)研究所ICFO的石墨烯旗艦項(xiàng)目研究人員，宣稱已經(jīng)可以將石墨烯整合到CMOS集成電路中。這項(xiàng)工作在“Nature Photonics”上發(fā)表。該團(tuán)隊(duì)將石墨烯CMOS器件與量子點(diǎn)相結(jié)合，以形成一個(gè)陣列的光電探測(cè)器，產(chǎn)生高分辨率圖像傳感器。當(dāng)作數(shù)碼相機(jī)使用時(shí)，該設(shè)備能夠同時(shí)感測(cè)紫外光、可見(jiàn)光和紅外光?？茖W(xué)家們說(shuō)，這只是這個(gè)器件可能應(yīng)用的一個(gè)例子，也可能應(yīng)用在微電子學(xué)、傳感器陣列和低功率光子學(xué)。
 
　　ICFO的ICREA教授Frank Koppens評(píng)論說(shuō)：“這種單片CMOS為基礎(chǔ)的圖像傳感器的發(fā)展是一個(gè)里程碑，因?yàn)樗麄兪堑统杀?、具有高分辨率寬帶而且高光譜成像的系統(tǒng)。他補(bǔ)充說(shuō)：“一般來(lái)說(shuō)，石墨烯CMOS技術(shù)將能夠?qū)崿F(xiàn)大量應(yīng)用，范圍包括安全、安保、低成本微型智能手機(jī)相機(jī)、消防系統(tǒng)、被動(dòng)夜視儀和夜間監(jiān)控?cái)z像頭、汽車傳感器系統(tǒng)、醫(yī)療成像應(yīng)用以及食品和藥品檢驗(yàn)到環(huán)境監(jiān)測(cè)。”
 
　　由23個(gè)國(guó)家150多個(gè)研究團(tuán)隊(duì)組成的聯(lián)盟 Graphene Flagship 運(yùn)用納米材料石墨烯研發(fā)出一款高精度的新型紅外探測(cè)器。據(jù)團(tuán)隊(duì)介紹，這種新型探測(cè)儀可檢測(cè)出納瓦級(jí)的熱輻射變化——相當(dāng)于手輕輕擺動(dòng)時(shí)釋放出的能量的千分之一。
 
　　石墨烯的優(yōu)點(diǎn)是在高性能紅外成像和光譜學(xué)中的開(kāi)放性可能性。來(lái)自劍橋大學(xué)(英國(guó))，恩伯頓有限公司(英國(guó))，光子科學(xué)學(xué)院(ICFO；西班牙)，諾基亞和約阿尼納大學(xué)(希臘)工作的Graphene Flagship的研究人員開(kāi)發(fā)了一種基于石墨烯的，通過(guò)紅外輻射檢測(cè)，對(duì)于溫度的微小變化的測(cè)量，具有極高性的熱釋電熱輻射測(cè)量?jī)x。
 
　　在《自然·通訊》上發(fā)表的工作證明了基于石墨烯的非冷卻熱檢測(cè)器的高報(bào)告的溫度敏感性，能夠?qū)囟茸兓纸鉃閹资?mu;K。僅需要幾納米的IR輻射功率來(lái)在隔離器件中產(chǎn)生這樣小的溫度變化，比通過(guò)緊密靠近的人手遞送到檢測(cè)器的IR功率小大約1000倍。
 
　　檢測(cè)器的高靈敏度對(duì)于超過(guò)熱成像的光譜應(yīng)用是非常有用的。使用高性能的基于石墨烯的IR檢測(cè)器，可以提供較少的入射輻射的強(qiáng)信號(hào)，可以隔離IR光譜的不同部分。這在安全應(yīng)用中是至關(guān)重要的，其中不同的材料(例如爆炸物)可以通過(guò)它們的特征IR吸收或透射光譜來(lái)區(qū)分。
 
　　恩伯頓工程師和研究的聯(lián)合負(fù)責(zé)人Alan Colli博士說(shuō)：“使用更高靈敏度的檢測(cè)器，可以限制大的熱帶，并且仍然使用在非常窄的光譜范圍內(nèi)的光子形成圖像，并且做多光譜紅外成像對(duì)于安全檢查，有特定的簽名，材料在窄帶中發(fā)射或吸收，因此，需要一個(gè)在窄帶中訓(xùn)練的檢測(cè)器，這在尋找爆炸物，有害物質(zhì)或任何分類。”
 
　　典型的IR光電探測(cè)器通過(guò)熱電效應(yīng)或作為測(cè)量由于加熱引起的電阻變化的測(cè)輻射熱計(jì)進(jìn)行操作?；谑┑臒後岆姕y(cè)輻射熱計(jì)將這兩種方法與石墨烯的優(yōu)異電性能相結(jié)合，以獲得佳性能。石墨烯作為信號(hào)的內(nèi)置放大器，消除了對(duì)外部晶體管的需要，意味著沒(méi)有寄生電容的損失和顯著低的噪聲。
 
　　石墨烯的高電導(dǎo)率還提供與用于與檢測(cè)器像素和記錄裝置接口的外部讀出集成電路(ROIC)的方便的阻抗匹配。隨著石墨烯質(zhì)量的持續(xù)改進(jìn)(例如，更高的遷移率)，可以制造具有擴(kuò)展的動(dòng)態(tài)范圍(器件將可靠地工作的溫度范圍)的穩(wěn)健器件，同時(shí)保持相同的優(yōu)異的溫度響應(yīng)性。
 
　　劍橋石墨烯中心主任Andrea Ferrari教授說(shuō)，“這項(xiàng)工作是石墨烯在應(yīng)用路線圖上穩(wěn)步前進(jìn)的另一個(gè)例子，恩伯頓是一家新公司，專門(mén)生產(chǎn)石墨烯光子學(xué)和電子學(xué)紅外光電探測(cè)器和熱傳感器，這項(xiàng)工作例證了基礎(chǔ)科學(xué)技術(shù)如何可以導(dǎo)致迅速的商業(yè)化。”Andrea Ferrari是Graphene Flagship的科學(xué)技術(shù)官員，也是Graphene Flagship管理小組的主席。
 
　　該項(xiàng)目的合作者FrankKoppens教授是 ICFO的量子納米光電子技術(shù)的，并領(lǐng)導(dǎo)Graphene Flagship的光子和光電子工作包。“石墨烯有前途的應(yīng)用之一是寬帶光電探測(cè)和成像，在任何其他現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，在一個(gè)材料系統(tǒng)中結(jié)合可見(jiàn)光和紅外探測(cè)是不可能的，Graphene Flagship計(jì)劃將進(jìn)一步發(fā)展高光譜成像系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)石墨烯獨(dú)特的方向，”他說(shuō)。
 
　　DanielNeumaier博士(德國(guó)AMO)是Graphene Flagship電子和光子學(xué)集成部門(mén)的，并沒(méi)有直接參與這項(xiàng)工作。他說(shuō)：“在過(guò)去幾年里，紅外探測(cè)器的市場(chǎng)規(guī)模急劇增加，這些設(shè)備正在越來(lái)越多的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是光譜安全檢查變得越來(lái)越重要，這需要在室溫下的高靈敏度。目前的工作是在滿足石墨烯紅外探測(cè)器的這些要求方面邁出的巨大一步。”
 
　　原標(biāo)題 組織研發(fā)出石墨烯紅外探測(cè)器 可測(cè)極微小的熱輻射
關(guān)鍵詞 探測(cè)器熱成像技術(shù)石墨烯紅外探測(cè)器
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