Американцы создали графеновый неохлаждаемый тепловизор

Исследователи из Американского химического общества создали прототип нового тепловизора, в котором инфракрасный сенсор выполнен из графена. Результаты своей работы ученые опубликовали в журнале Nano Letters, а краткое ее содержание приводится в сообщении Американского химического общества. По данным ученых, графен позволяет делать однослойные сенсоры, что в целом упрощает и удешевляет конструкцию тепловизора.

Новая разработка работает на эффекте Зеебека, то есть возникновении электродвижущей силы в замкнутой электрической цепи, которая состоит из разнородных проводников с разными температурами. Ученые разместили термоэлектрические датчики из графена на подложке из нитрида кремния. По данным исследователей, температурная чувствительность получившегося сенсора при комнатной температуре составила семь-девять вольт на ватт при постоянной времени около 23 миллисекунд. Спектральный диапазон фоточувствительности сенсора составляет 10,6 микрометра.

Такая чувствительность позволяет тепловизору распознавать человека при комнатной температуре без необходимости дополнительного охлаждения матрицы прибора. Эксперименты с новыми сенсорами еще не завершены. Исследователи полагают, в перспективе можно будет делать однослойные графеновые сенсоры, которые будут обладать оптической прозрачностью. Это, в свою очередь, позволит выпускать более функциональные, но при этом дешевые приборы наблюдения.

Сегодня существует несколько типов тепловизоров, в которых используются охлаждаемые и неохлаждаемые матрицы. Охлаждение матрицы делает прибор более точным, но и более тяжелым и громоздким. Неохлаждаемые матрицы используются в портативных приборах. Их делают как правило из аморфного кремния или оксида ванадия на различных подложках, включая германий или арсенид галлия. Неохлаждаемые тепловизоры способны различать разницу температур в 0,1 градуса Цельсия, но имеют относительно небольшую дальность распознавания.

Современные тепловизионные матрицы имеют температурную чувствительность (1-3)*10⁶ вольт на ватт при постоянной времени 0,06-0,09 миллисекунды. Спектральный диапазон фоточувствительности таких сенсоров составляет от 0,4 до 3 микрометров.

Тепловизоры полностью независимы от внешнего освещения и регистрируют только инфракрасное излучение объектов. В качестве оптических систем в них используются линзы из германия, поскольку обычное стекло инфракрасное излучение не пропускает. С матрицы прибора информация поступает на электронную схему, где хранится цветовая карта температур (каждой температуре соответствует определенный цвет и его яркость), обрабатывается и выводится на дисплей в окуляре прибора. В большинстве систем реализовано черно-белое кодирование.

Василий Сычёв