Вскоре появится новый инструмент для борьбы с глобальным потеплением — легкие гибкие датчики света, которые могут одновременно получать изображение в широком спектральном диапазоне, от видимого до инфракрасного, с минимальным количеством оптических компонентов. Это делает его идеальным для беспилотных летательных аппаратов и спутников, используемых для мониторинга выбросов парниковых газов.
Обычные камеры используют плоские матрицы датчиков и сложную оптику. Они имеют большой объем и вес, сложные процессы изготовления и ограниченный спектральный диапазон. Следовательно, мониторинг выбросов парниковых газов с помощью беспилотных летательных аппаратов и спутников является дорогостоящим, учитывая производственные и эксплуатационные расходы, и датчики могут обнаруживать не все газы.
В исследовании, опубликованном сегодня в журнале Advanced Functional Materials, исследователи из TMOS описывают свою работу над новым гибким фотоприемником, который может обнаруживать видимое и длинноволновое инфракрасное излучение, охватывающее весь спектр парниковых газов без необходимости в сложных оптических компонентах. Его производство простое и масштабируемое, что значительно снижает затраты. Он работает при комнатной температуре, устраняя необходимость в криогенном охлаждении, чего нельзя сказать о типичных средневолновых инфракрасных камерах.
Ведущий автор Сивакарендран Балендран говорит: «Обычным датчикам с плоскими матрицами требуется несколько оптических компонентов для коррекции искажений, возникающих по краям изображения, полученного с помощью плоского датчика. Это увеличивает размер и вес датчика. Гибкие фотоприемники позволят создавать матрицы с изогнутой фокальной плоскостью, имитирующие сетчатку человеческого глаза, что позволит вам получать изображения с помощью простого объектива.
«Кроме того, современная технология требует использования различных типов камер для охвата такого широкого спектрального диапазона и требует криогенного охлаждения в некоторых спектральных диапазонах. Обычно они работают либо с инфракрасным спектром, либо с видимым. Наш детектор позволяет получать изображения в обоих режимах при комнатной температуре».
В дополнение к сверхширокому спектральному диапазону и небольшой площади, эти новые гибкие фотоприемники более просты в изготовлении и экономичны по сравнению с большинством традиционных технологий. Коммерческие инфракрасные детекторы состоят из нескольких элементов — датчика и электронных схем, преобразующих инфракрасные сигналы. В датчиках используется оксид ванадия (VOx), однако это сложный для выращивания материал, требующий температур выше 450 градусов.
Электронные схемы, работающие в тандеме с датчиками, создаются с использованием крупномасштабного КМОП-производства, для которого требуется температура ниже 200 градусов. В большинстве случаев, чтобы удовлетворить требования к изготовлению обеих деталей, инфракрасный датчик подвешивается к мостовой конструкции и помещается в вакуумную упаковку. Такая изоляция инфракрасного датчика от электрической схемы эффективна, но делает детектор негибким.
Исследовательская группа разработала новый метод создания сенсоров, используя наносферы VOx, выращенные в виде порошка исследователями из Мельбурнского университета, а затем смешивая их со спиртом. Эту подвеску можно наносить на гибкие схемы при низких температурах, что устраняет необходимость в перемычке, вакуумной упаковке или сложной оптике.
Балендран говорит: «Мы продемонстрировали возможности наших детекторов в матрице с изогнутой фокальной линией. Следующим шагом в наших исследованиях является изготовление матрицы с изогнутой фокальной плоскостью».
Главный исследователь Кеннет Крозье говорит: «Инфракрасные детекторы являются важным компонентом в различных областях, таких как телекоммуникации, визуализация, зондирование и наблюдение. Интеграция ИК-детекторов в гибкие платформы дает множество преимуществ в различных отраслях промышленности, включая носимые датчики в области медицинских технологий, высокопроизводительные камеры с увеличенным полем зрения и чувствительностью в сфере обороны и безопасности, а также легкие датчики, управляемые беспилотниками, для агротехнологий Австралии. Простые и масштабируемые процессы синтеза материалов и изготовления устройств меняют наш подход к этим приложениям».
