石墨烯助力打造紅外傳感器

紅外線，實質(zhì)上是一種電磁輻射波，其波長范圍大致在0.78m～1000m頻譜范圍內(nèi)，因其是位于可見光中紅光以外的光線，故而得名為紅外線。任何溫度高于絕對零度的物體，都會向外部空間以紅外線的方式輻射能量。利用紅外輻射實現(xiàn)相關(guān)物理量測量的傳感技術(shù)，即為紅外傳感技術(shù)。

      美國密歇根大學(xué)的科學(xué)家研制出一種全新的紅外傳感器，它可被用于隱形眼鏡，讓其擁有夜視功能。據(jù)介紹，這種傳感器具有捕捉可見光和紅外線的能力，并且在鏡片之間夾入石墨烯，而無需笨重的冷卻裝置。

      這種用石墨烯開發(fā)出來的紅外線圖像傳感器只有指甲蓋大小。不同于目前常見的中紅外和遠(yuǎn)紅外圖像傳感器，首次實現(xiàn)了在室溫下對全紅外光譜的觀測。由于體積小、重量輕，它甚至能夠集成到隱形眼鏡或手機當(dāng)中，未來有望在軍事、安保、醫(yī)學(xué)等多個領(lǐng)域獲得應(yīng)用。

      紅外線的波長在760納米至1毫米之間，是波長比紅光長的非可見光，分為近紅外線、中紅外線和遠(yuǎn)紅外線三種。普通攝像機只需一個芯片就能拍攝到可見光，而紅外成像技術(shù)則需要同時看到近紅外、中紅外和遠(yuǎn)紅外各種不同頻譜的圖像。更具挑戰(zhàn)性的是，中紅外和遠(yuǎn)紅外傳感器通常必須在極低的溫度才能工作。

      科研人員將石墨烯作為原材料，石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的單層結(jié)構(gòu)，能夠探測到整個光譜的紅外線、可見光和紫外線。但由于石墨烯對光線的吸收能力較差（2.3%），不足以產(chǎn)生足夠的電信號，此前相關(guān)的研究一直止步不前。上一代石墨烯紅外線傳感器所面臨的最大問題是靈敏度太差，無法滿足商用設(shè)備的需要。

      為了克服這一障礙，科研人員對石墨烯產(chǎn)生電信號的過程進行了改進。據(jù)相關(guān)資料了解到，他們在兩個石墨烯薄片之間設(shè)置了一個絕緣隔離層，底層有電流通過。當(dāng)光線照射到頂層石墨烯的時候，裝置會釋放電子，產(chǎn)生帶正電的空穴。而后，在量子機制的作用下，電子穿過中間的絕緣層，到達底部的石墨烯層。此時，留在上層石墨烯上的帶正電空穴會產(chǎn)生電場，并對下層石墨烯的電流產(chǎn)生影響。通過測量電流的變化，就能推斷出照射在上層石墨烯上的光的亮度。

      新方法首次讓中紅外和遠(yuǎn)紅外傳感器的靈敏度達到了一個新的高度，完全能夠媲美需要冷卻裝置才能運行的傳統(tǒng)紅外線傳感器。并且該設(shè)備只有一個指甲蓋大小，很容易實現(xiàn)集成。如果能夠?qū)⑦@種探測器集成到隱形眼鏡或其他可穿戴電子設(shè)備當(dāng)中，將有望為人們提供一種前所未有的、與環(huán)境進行交互的新方式。同時，該技術(shù)也為紅外線技術(shù)在軍事、安保、醫(yī)學(xué)等多個領(lǐng)域中的應(yīng)用開辟了新的想象空間。