超薄石墨烯有望改进夜视技术

研究人员正在开发一种基于超薄碳原子片的热成像系统

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研究人员表示,基于柔性、透明、原子级薄的碳片的高级热成像技术,有一天可能会使汽车配备夜视挡风玻璃成为可能。

热成像技术可以让人们看到物体以热量的形式散发的不可见红外线。热成像设备已经帮助士兵、警察、消防员和其他人员在黑暗和烟雾条件下看清事物,以便更好地完成他们的工作。

目前,许多热成像设备需要冷却系统来过滤背景热量,以便创建有用的图像。然而,这些冷却系统使设备的设计变得复杂,增加了它们的成本和体积。[改变世界的十大发明]


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现在,研究人员开发了一种基于石墨烯片材的新型热成像系统,每片石墨烯都由以蜂窝状排列的单层碳原子构成。石墨烯非常坚固——重量比钢强约 200 倍——并且具有很高的导电性。

该设备的核心是一个正方形的石墨烯片,它与微型硅设备 (MEMS) 结合在一起。这个正方形的石墨烯片用作热传感器,将热信号转换为电信号。

“石墨烯不仅非常适合晶体管和增强结构材料,而且还是我们所知的用于红外探测的最佳材料之一,”麻省理工学院电气工程师、该研究的合著者托马斯·帕拉西奥斯说。

研究人员没有使用冷却系统,而是将热传感器与设备的其余部分隔离。他们通过使用石墨烯条将热传感器悬挂在空气中,使其可以检测到传入的热量。这些条带还将电信号从热传感器传送到设备的其余部分。

科学家们发现,他们的设备可以在无需冷却液(也称为制冷剂)的情况下,识别室温下人手的热信号。研究人员认为,他们的发现有一天可能会带来柔性、透明、低成本的热成像系统

帕拉西奥斯告诉 Live Science:“显著降低成本并提高红外成像仪的性能的优势在于,现在您可以开始在许多新地方引入这些相机。” “例如,在未来,我们可以将红外探测器集成到每部手机和每台笔记本电脑中。这意味着,在未来,您只需在它们面前挥手即可控制它们。”

帕拉西奥斯说,虽然现在的计算机可以使用普通摄像头来识别手势,“但要识别你的手在哪里以及它们是如何移动的,需要大量的计算能力。” “通过使用红外传感器,身体的成像得到了简化,因为热成像很容易识别人体相对于背景的轮廓,背景往往处于较低的温度。”

帕拉西奥斯说,薄、柔性、透明的热成像系统“也可以集成到车辆的挡风玻璃中”。 “您将能够实时查看夜视系统,而不会阻碍驾驶员对道路的正常视线。”

科学家们在10月15日在线发表了他们的研究结果,刊登在《纳米快报》杂志上。

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Charles Q. Choi is a frequent contributor to 大众科学. 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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