Видеть в цвете
Снимок сделанный через тепловизор. Фото: Jason McAdoo / Flickr

Снимок сделанный через тепловизор. Фото: Jason McAdoo / Flickr

Тепловизор на графене поместится на контактной линзе и объективе смартфона

Графеновые контактные линзы дадут человеку тепловое зрение. Исследователи из Мичиганского университета разработали миниатюрный инфракрасный детектор, работающий при комнатной температуре. Их статья о принципах работы устройства опубликована в журнале Nature Nanotechnology 16 марта.

Графен — аллотропная модификация углерода, у которой атомы выстраиваются в двумерную кристаллическую решетку. Слой углерода толщиной всего в один атом обладает множеством неожиданных свойств. Среди прочего, графен может выступать детектором одновременно для всего спектра инфракрасного и видимого излучения, а также ультрафиолета.

До сих пор, однако, графен было бессмысленно использовать в разработке тепловизоров. Его ключевая особенность обуславливала и его основной недостаток: один слой атомов углерода улавливает примерно 2,3% попадающего на него света. Этого не хватает, чтобы генерировать электрический сигнал. Иными словами, графеновая пленка «все видит, но сказать не может»: экспериментальные графеновые детекторы демонстрировали чувствительность на два-три порядка ниже, чем у современных коммерческих приборов.

Четверо исследователей из Мичиганского университета — Чжаохуэй Чжон, Чан-Хуа Лю, Ю-Чиа Чан и Теодор Норрис — придумали, как усилить электрические сигналы, подаваемые слоем графена. Вместо того чтобы непосредственно считать электроны, которые освобождаются при поглощении света углеродом, они догадались измерить влияние возникающих в пленке зарядов на протекающий поблизости ток.

Для этого ученые взяли два слоя графена и разделили их слоем изолирующего материала. Верхний слой, как обычно, выступал в роли детектора, а через нижний был пропущен ток. Благодаря квантовым эффектам освободившиеся электроны проникали в нижнюю графеновую пленку. Участки верхнего слоя, получившие благодаря этому положительный заряд, влияли на движение тока через нижний слой.

Яркость падающего на верхний слой света, таким образом, нашла выражение в изменении силы тока в нижнем слое. Ее измерение позволило обнаруживать источники волн среднего инфракрасного диапазона с точностью, сопоставимой с коммерческими приборами, требующими громоздких систем охлаждения. При этом установка, созданная американскими учеными, работала при комнатной температуре и не превышала размером человеческий ноготь.

Ученые утверждают, что устройство достаточно легко миниатюризировать и дальше. «Мы можем сделать всю конструкцию супертонкой. Ее можно нанести на контактную линзу или встроить в мобильный телефон. Это расширит наше зрение, даст новый способ взаимодействия с окружающим миром», — поясняет Чжаохуэй Чжон в пресс-релизе университета. По словам исследователя, это совершенно новый способ обнаружения света, который можно будет применить и к другим материалам и аппаратным платформам.

«Если совсем просто, для инфракрасного теплового излучения — такого же, как видимое, но с большей длинной волны, — из специальных материалов (в основном германия и селенида цинка) делают линзы, и объективом его собирают. Дальше должен быть приемник. Но существующие сейчас приемники, которые работают в видимой области — те, например, с которыми работают матрицы в цифровых фотоаппаратах — не подходят, не чувствительны к этому спектру, — пояснил «Русской планете» заведующий кафедрой прикладной и компьютерной оптики Санкт-Петербургского НИУ Информационных технологий, механики и оптики Алексей Бахолдин. — А с существующими специальными приемниками ситуация следующая. Инфракрасная область — это излучение нагретых тел. Когда это излучение попадает на оправы приемника, оно начинает отражаться и засвечивать сам приемник. Это так называемый нарцисс-эффект. Вместе с внешним изображением на приемнике оказывается и его собственное изображение. Получается очень большой шум, неконтрастная картинка. Именно из-за того, что металлические поверхности оправ переизлучают именно в рабочем интервале спектра, приходится эту энергию забирать — охлаждать весь этот металл». Из-за систем охлаждения традиционные тепловизоры и получаются такими громоздкими.

Бахолдин согласен, что разработка американских ученых, по крайней мере, в теории, является качественно новым приемником. «Если не требуется охлаждения в этом спектральном диапазоне, это будет сильно упрощать конструкцию оптики. Открывается множество новых возможностей», — сказал он.

Тепловизоры наиболее известны благодаря своему военному применению: установленные на военную технику и даже ручное оружие, они позволяют видеть противника в полной темноте и за некоторыми препятствиями, благодаря чему их иногда называют «приборами ночного видения». Кроме того, термальная оптика помогает пожарным искать очаги возгорания в дыму, а врачам — наблюдать за кровообращением.

52 брата по оружию Далее в рубрике 52 брата по оружиюИндия остается крупнейшим импортером оружия, Россия приблизилась к США по уровню экспорта; эксперт: перспективным рынком в будущем станет Африка

Комментарии

17 марта 2014, 19:05
Что то РП зачастило с американскими открытиями,а где же наши открытия,неужели у нас ничего не изобретают? Хочется за родину порадоваться.
18 марта 2014, 08:50
В России только недавно смартфон изобрели, о чем вы говорите? Ну еще новый способ отмыва денег)
18 марта 2014, 08:44
Хищник из фильма "Хищник" наверное пользовался именно такими линзами, что бы мочить своих жертв). Но Шварценеггер был умнее и обмазался грязью
18 марта 2014, 09:45
Хотите поговорить об этом? )
18 марта 2014, 11:39
Не надо спорить со Шварценегером)))
18 марта 2014, 09:44
Вот только есть к этому и вполне резонный вопрос - где гарантия, что при неоднократном использовании подобных линз у человека не пропадет или не исказится его нормальное зрение!? Глаз - это невероятно сложная и в то же время хрупкая структура, так что не стоит всецело доверять всевозможным новинкам этого направления - кто знает, каков будет эффект их использования...?
18 марта 2014, 13:40
Классная штука для спец служб,когда в один глаз спецназовцу вставят такую линзу,его действия будут еще эффективнее.
Авторизуйтесь чтобы оставлять комментарии.
Интересное в интернете
Читайте только самое важное!
Подпишитесь на «Русскую планету» в социальных сетях и читайте наиболее актуальные материалы
Каждую пятницу мы будем присылать вам сборник самых важных
и интересных материалов за неделю. Это того стоит.
Закрыть окно Вы успешно подписались на еженедельную рассылку лучших статей. Спасибо!
Станьте нашим читателем,
сделайте жизнь интереснее!
Помимо актуальной повестки дня, мы также публикуем:
аналитику, обзоры, интервью, исторические исследования.
личный кабинет
Спасибо, я уже читаю «Русскую Планету»