美國科學(xué)家開發(fā)廉價的紅外熱像儀,用途廣泛

研究人員拍攝的測試照片，驗證了一種低成本制造紅外相機的新方法

在人眼無法看到的波長范圍，我們的眼睛錯過了整個世界。但是，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(fā)出的光，超酷的星體燃燒，電池發(fā)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。據(jù)麥姆斯咨詢報道，美國芝加哥大學(xué)（University of Chicago）的科學(xué)家們?nèi)〉昧诵碌耐黄疲磥砘蚰苤圃旄叱杀拘б娴募t外熱像儀，從而為智能手機等大眾消費電子產(chǎn)品提供紅外攝像頭，還能幫助自動駕駛汽車更準(zhǔn)確的探測周圍環(huán)境。

“制造紅外熱像儀的傳統(tǒng)方法在材料和時間方面成本都很高，但我們開發(fā)的這種方法速度更快、性能更好，”博士后研究員Xin Tang說，他是這項發(fā)表在Nature Photonics上的研究成果的第一作者。

“這就是為什么我們對其潛在的商業(yè)價值非常興奮，”這項研究的共同作者、物理和化學(xué)教授Philippe Guyot-Sionnest說。

目前的紅外熱像儀是通過連續(xù)制備多層半導(dǎo)體材料制成的，這是一種復(fù)雜且容易出錯的過程，這使得紅外熱像儀很昂貴，而很難進(jìn)入大眾消費電子產(chǎn)品。

Guyot-Sionnest的實驗室轉(zhuǎn)而研究量子點技術(shù)（只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(xiàn)出了很多獨特的屬性，會根據(jù)它們的大小而變化。科學(xué)家們可以通過調(diào)整粒子的大小來控制它們的特性。根據(jù)這一特性，科學(xué)家們可以調(diào)整量子點以捕捉紅外波段的光。

這種“可調(diào)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?！安蹲郊t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(xué)成分信息，中波紅外可以提供溫度信息。”

他們通過微調(diào)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。然后將兩者都整合到硅片上。

由此獲得的紅外相機表現(xiàn)非常好，且制造更簡單?！斑@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，然后等待五到十分鐘，就獲得了一種可以很方便制造功能器件的新溶液?！?/p>

科學(xué)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(huán)境的自動駕駛汽車。還可以利用紅外光來檢測生物發(fā)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(xué)家來說也很有用?！叭绻裉煳蚁霝槲业膶嶒炇也少徱慌_紅外熱像儀，它將花費25000美元或更多，”Guyot-Sionnest說，“但紅外熱像儀在許多學(xué)科研究中都有用武之地。例如，生物學(xué)家可以利用蛋白質(zhì)發(fā)出的紅外信號進(jìn)行蛋白質(zhì)跟蹤?！?/p>