国际组织研发石墨烯红外探测器,可检测出极微小的热辐射变化
近日，由 23 个国家 150 多个研究团队组成的国际联盟 Graphene Flagship 运用纳米材料石墨烯研发出一款高精度的新型红外探测器。据团队介绍，这种新型探测仪可检测出纳瓦级的热辐射变化——相当于手轻轻摆动时释放出的能量的千分之一。
由于具有检测性能良好、易于布防等优点，红外探测器被广泛应用于军事国防、安保检测、物质分析等各个领域。而传统的红外检测器一般分为两大类——光子检测仪及热检测仪，且“各有千秋”。其中热检测仪精度较高，不过运作时需通过吸热升温来改变内部电阻大小进而实现检测，所以仪器中需要增加降温系统且容易引入干扰信号。而与热检测仪不同，光子检测器是基于热电效应构建的，无需吸收热辐射，但其检测效果不佳。
为了构建更加精准的红外检测器，Graphene Flagship 的研究人员发挥出“黑黄金”石墨烯导电性能良好、热敏度高等优势，并结合两种传统检测器各自的优点研发出一种新型红外探测器——红外热电辐射测量计。这种检测仪由热电材料衬底、单层石墨烯导电通道及浮栅电极组成。与以往的运行原理不同，热电材料吸收辐射产生的电场变化不是直接用于检测，而是用来“调节”石墨烯的导电性能，再对其进行检测。所以，这种新型检测器可消除检测电阻升温带来的干扰，从而进一出提高其检测精准度。
团队成员 Alan Colli 表示，借助石墨烯还能建造出高分辨率的红外热成像仪。“我们对这项技术的前景充满信心，特别是需要在室温下进行操作的、用于安保检测的光谱学仪器。因为这种灵敏度更大的探测仪，可以在更窄的光谱范围内进行检测及成像。因此可以检测出一些特殊材料（如爆炸物等）发出的某种特定信号，未来在寻找爆炸物、有害物质或者其他物质等探测工作中具有应用潜力。”
不过要大规模推广这种新型检测器，还有一些关键的技术问题需要解决。“目前还未完全成熟的石墨烯加工和集成技术是最大的障碍之一” Alan Colli 说道，“从设备性能来看，其现阶段很容易被高而突发的热冲击影响，因此下一步我们必须提高系统的动态运行范围，使得其能在更宽的温度环境下工作。”
本论文日前被发表于《自然通讯》杂志。参与这次研究的团队有剑桥大学、英国 Emberion 有限公司、西班牙光子科学学院（ICFO）、Nokia UK 及希腊约阿尼纳大学。
- End -