劍橋石墨烯中心的研究人員近日發(fā)現(xiàn)：將有著獨(dú)特電學(xué)性質(zhì)的石墨烯做成傳感器用于熱成像技術(shù)，能極大提高熱成像質(zhì)量。跟能將溫度變化轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的熱電材料配合使用，這種包含石墨烯的傳感器能感知幾十微K的溫度變化。在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域，這種高清熱成像技術(shù)有望為爆炸物和其他有害物質(zhì)的檢測(cè)提供更準(zhǔn)確的檢測(cè)手段。

這項(xiàng)研究發(fā)表在《自然通訊》上。論文中提到，研究人員把一層石墨烯鋪在熱電材料基質(zhì)鈮酸鋰(LiNbO3)上，再在上面放置一種叫做“浮動(dòng)?xùn)拧钡碾姌O(通常由金做成)。浮動(dòng)?xùn)烹姌O將熱電材料中由溫度變化產(chǎn)生的電場集中在石墨烯中，進(jìn)而改變石墨烯的電阻，而石墨烯電阻的變化就是這個(gè)裝置的輸出結(jié)果。電阻式輻射熱測(cè)量計(jì)用的就是這個(gè)原理。研究人員認(rèn)為，利用熱電材料和電阻式輻射熱測(cè)量計(jì)的傳感器可以為高清熱成像相機(jī)提供所需的像素點(diǎn)。

使用石墨烯最大的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，你可以把它當(dāng)做一個(gè)內(nèi)置的熱電信號(hào)放大器。傳統(tǒng)的紅外傳感器需要借助晶體管來放大熱電材料中產(chǎn)生的熱電信號(hào)，缺點(diǎn)是這個(gè)過程會(huì)丟失信號(hào)或產(chǎn)生噪音，進(jìn)而降低傳感器的靈敏度。借助石墨烯，熱電信號(hào)直接進(jìn)入石墨烯中并被擴(kuò)大?！鞍咽┓糯笃髦糜诜艧犭姴牧仙蠒r(shí)，熱電材料產(chǎn)生的電流變化將直接進(jìn)入石墨烯中，不會(huì)產(chǎn)生一點(diǎn)損失，”論文作者AlanColli解釋說。Colli博士效力于Emberion公司，后者正是去年從諾基亞公司分離出來專門研發(fā)X射線、熱感和紅外相機(jī)傳感器。兩家公司在這項(xiàng)研究中是合作關(guān)系。

另外，石墨烯的導(dǎo)電性能也允許將傳感器與外部讀取線路串聯(lián)起來，保證傳感器信號(hào)的傳輸效率盡可能高。

這種石墨烯基傳感器能檢測(cè)的溫度變化比人手靠近時(shí)引起的溫度變化還要小1000倍，達(dá)到能夠分辨最低15μK的溫度變化，是目前已報(bào)道的石墨烯基非制冷熱成像檢測(cè)器中靈敏度最高的。這樣高的靈敏度意味著它甚至可以用于光譜分析，檢測(cè)某些特定化學(xué)官能團(tuán)發(fā)出或吸收的窄紅外光譜，這一點(diǎn)是傳統(tǒng)的紅外檢測(cè)器所無法勝任的。

靈敏度的提高，意味著檢測(cè)器可以縮小可檢測(cè)的輻射頻率范圍，同時(shí)保持較高的圖像分辨率，能夠幫助識(shí)別發(fā)出或吸收很窄特征波譜的特殊物質(zhì)，比如說爆炸物、毒性物質(zhì)等危險(xiǎn)物品，提高安檢的準(zhǔn)確性。