Инфракрасные камеры станут дешевле

Человеческий глаз несовершенен. Мы упускаем целый мир, скрытый за границами доступных нам длин волн. Однако инфракрасные камеры могут улавливать световые явления, сопровождающие фотосинтез растений, горение звезд, нагрев радиатора. Такие камеры могут видеть сквозь дым, туман и пластик.

Не удивительно, что инфракрасные камеры дороже, чем обычные: энергия ИК-излучения намного ниже, чем у видимого света, что затрудняет его улавливание. Однако результат исследований ученых из Чикагского университета может способствовать созданию более экономичных ИК-камер. Это значит, что они появятся в комплектации бытовой электроники, например в телефонах, а также позволят беспилотным автомобилям ориентироваться в пространстве точнее.

«Традиционные методы изготовления инфракрасных камер нельзя назвать дешевыми, и это касается как материалов, так и длительности создания. Предложенный нами метод намного быстрее, и, стало быть, обеспечит лучшую производительность», — утверждает Синь Тан, главный автор исследования, представленного в журнале Nature Photonics. Филипп Гийо-Сионнест, профессор физики и химии, согласен с соавтором: «Это может произвести колоссальный коммерческий эффект».

Современные инфракрасные камеры изготавливаются путем последовательной укладки нескольких слоев полупроводников — сложный процесс, в котором легко совершить ошибку. Это делает их слишком дорогими для использования в большинстве потребительских электронных устройств.

В своем методе лаборатория Гайот-Сионнеста обратилась к квантовым точкам — крошечным частицам размером порядка нанометров. Прелесть наночастиц состоит в том, что их свойства меняются в зависимости от размера, и варьируя последние, ученым удается контролировать качества частиц. В данном случае размеры квантовых точек были подобраны таким образом, чтобы улучшить захват длин волн инфракрасного света.  

Эта способность перестраиваться важна для камер из-за необходимости улавливать разные промежутки инфракрасного спектр. «Улавливание нескольких длин волн в инфракрасном диапазоне дает больше спектральной информации – приблизительно как если добавить цвет черно-белому телевизору», — объяснил Тан.  «Короткие волны дают вам текстурную и химическую информацию о составе; средние волны дают вам температуру»

Для этого ученые создали квантовые точки двух конфигураций: одни для обнаружения коротковолнового инфракрасного излучения, а другие — для инфракрасного излучения средней длины. Далее и те, и другие были нанесены на кремниевую пластину.  

Полученная камера исправно работает, и гораздо проще в производстве. «Это очень простой процесс» — говорит Тан, — «Вы берете стакан, вводите туда сначала один, а потом и второй раствор, ждете от пяти до десяти минут, и вот у вас есть новое вещество, которое легко превратить в функциональное устройство».

Сфер применения для недорогих ИК-камер найдется немало. Особенно ученых привлекает возможность применять их в беспилотных автомобилях, использующих датчики для сканирования дороги и окрестностей. Инфракрасное излучение позволяет обнаруживать тепловые сигнатуры живых существ и видеть сквозь туман или дымку, поэтому создатели автомобилей хотели бы использовать их – но пока что цена непомерно высока.

Возможно, в скором времени это изменится.

Источник: Xin Tang et al, Dual-band infrared imaging using stacked colloidal quantum dot photodiodes, Nature Photonics (2019). DOI: 10.1038/s41566-019-0362-1

Оставьте комментарий:

Ваш e-mail не будет опубликован.