美國科學(xué)家日前用石墨烯開(kāi)發(fā)出一種只有指甲蓋大小的紅外線(xiàn)圖像傳感器。不同于目前常見(jiàn)的中紅外和遠紅外圖像傳感器，新技術(shù)無(wú)需笨重的冷卻裝置就能運行，首次實(shí)現了在室溫下對全紅外光譜的觀(guān)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中，未來(lái)有望在軍事、安保、醫學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域獲得應用。相關(guān)論文在線(xiàn)發(fā)表在《自然？納米技術(shù)》雜志網(wǎng)站上。

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

由密歇根大學(xué)電氣工程和計算機學(xué)助理教授鐘朝暉（音譯）和同校的特德？諾里斯教授負責的這項研究將石墨烯作為原材料。石墨烯是一種由碳原子構成的單層結構，能夠探測到整個(gè)光譜的紅外線(xiàn)、可見(jiàn)光和紫外線(xiàn)。但由于石墨烯對光線(xiàn)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。鐘朝暉說(shuō)：“上一代石墨烯紅外線(xiàn)傳感器所面臨的最大問(wèn)題是靈敏度太差，無(wú)法滿(mǎn)足商用設備的需要?！?/SPAN>

為了克服這一障礙，鐘朝暉和他的團隊對石墨烯產(chǎn)生電信號的過(guò)程進(jìn)行了改進(jìn)。據物理學(xué)家組織網(wǎng)3月17日報道稱(chēng)，他們在兩個(gè)石墨烯薄片之間設置了一個(gè)絕緣隔離層，底層有電流通過(guò)。當光線(xiàn)照射到頂層石墨烯的時(shí)候，裝置會(huì )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(guò)中間的絕緣層，到達底部的石墨烯層。此時(shí)，留在上層石墨烯上的帶正電空穴會(huì )產(chǎn)生電場(chǎng)，并對下層石墨烯的電流產(chǎn)生影響。通過(guò)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。

鐘朝暉稱(chēng)，新方法首次讓中紅外和遠紅外傳感器的靈敏度達到了一個(gè)新的高度，完全能夠媲美需要冷卻裝置才能運行的傳統紅外線(xiàn)傳感器。并且該設備只有一個(gè)指甲蓋大小，很容易實(shí)現集成。他說(shuō)，如果能夠將這種探測器集成到隱形眼鏡或其他可穿戴電子設備當中，將有望為人們提供一種前所未有的、與環(huán)境進(jìn)行交互的新方式。同時(shí)，該技術(shù)也為紅外線(xiàn)技術(shù)在軍事、安保、醫學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域中的應用開(kāi)辟了新的想象空間。