超薄石墨烯有望改進夜視技術

研究人員正在開發一種基於超薄碳原子片的熱成像系統

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研究人員表示,基於柔性、透明、原子級薄的碳片的高階熱成像技術,有一天可能會使汽車配備夜視擋風玻璃成為可能。

熱成像技術可以讓人們看到物體以熱量的形式散發的不可見紅外線。熱成像裝置已經幫助士兵、警察、消防員和其他人員在黑暗和煙霧條件下看清事物,以便更好地完成他們的工作。

目前,許多熱成像裝置需要冷卻系統來過濾背景熱量,以便建立有用的影像。然而,這些冷卻系統使裝置的設計變得複雜,增加了它們的成本和體積。[改變世界的十大發明]


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現在,研究人員開發了一種基於石墨烯片材的新型熱成像系統,每片石墨烯都由以蜂窩狀排列的單層碳原子構成。石墨烯非常堅固——重量比鋼強約 200 倍——並且具有很高的導電性。

該裝置的核心是一個正方形的石墨烯片,它與微型矽裝置 (MEMS) 結合在一起。這個正方形的石墨烯片用作熱感測器,將熱訊號轉換為電訊號。

“石墨烯不僅非常適合電晶體和增強結構材料,而且還是我們所知的用於紅外探測的最佳材料之一,”麻省理工學院電氣工程師、該研究的合著者托馬斯·帕拉西奧斯說。

研究人員沒有使用冷卻系統,而是將熱感測器與裝置的其餘部分隔離。他們透過使用石墨烯條將熱感測器懸掛在空氣中,使其可以檢測到傳入的熱量。這些條帶還將電訊號從熱感測器傳送到裝置的其餘部分。

科學家們發現,他們的裝置可以在無需冷卻液(也稱為製冷劑)的情況下,識別室溫下人手的熱訊號。研究人員認為,他們的發現有一天可能會帶來柔性、透明、低成本的熱成像系統

帕拉西奧斯告訴 Live Science:“顯著降低成本並提高紅外成像儀的效能的優勢在於,現在您可以開始在許多新地方引入這些相機。” “例如,在未來,我們可以將紅外探測器整合到每部手機和每檯筆記本電腦中。這意味著,在未來,您只需在它們面前揮手即可控制它們。”

帕拉西奧斯說,雖然現在的計算機可以使用普通攝像頭來識別手勢,“但要識別你的手在哪裡以及它們是如何移動的,需要大量的計算能力。” “透過使用紅外感測器,身體的成像得到了簡化,因為熱成像很容易識別人體相對於背景的輪廓,背景往往處於較低的溫度。”

帕拉西奧斯說,薄、柔性、透明的熱成像系統“也可以整合到車輛的擋風玻璃中”。 “您將能夠即時檢視夜視系統,而不會阻礙駕駛員對道路的正常視線。”

科學家們在10月15日線上發表了他們的研究結果,刊登在《奈米快報》雜誌上。

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Charles Q. Choi is a frequent contributor to 大眾科學. His work has also appeared in The New York Times, Science, Nature, Wired, and LiveScience, among others. In his spare time, he has traveled to all seven continents.

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