日前，由23個(gè)國家150多個(gè)研究團隊組成的國際聯(lián)盟 Graphene Flagship 運用納米材料石墨烯研發(fā)出一款高精度的新型紅外探測器。

正如眾人合心，其力斷金。全球科技軟實(shí)力的鑄造離不開(kāi)每一個(gè)國家的參與創(chuàng )新。日前，由23個(gè)國家150多個(gè)研究團隊組成的國際聯(lián)盟 Graphene Flagship 運用納米材料石墨烯研發(fā)出一款高精度的新型紅外探測器。

據團隊介紹，這種新型探測儀可檢測出納瓦級的熱輻射變化——相當于手輕輕擺動(dòng)時(shí)釋放出的能量的千分之一。石墨烯的優(yōu)點(diǎn)是在高性能紅外成像和光譜學(xué)中的開(kāi)放性可能性。來(lái)自劍橋大學(xué)(英國)，恩伯頓有限公司(英國)，光子科學(xué)學(xué)院(ICFO;西班牙)，諾基亞和約阿尼納大學(xué)(希臘)工作的Graphene Flagship的研究人員開(kāi)發(fā)了一種基于石墨烯的，通過(guò)紅外輻射檢測，對于溫度的微小變化的測量，具有極高精確性的熱釋電熱輻射測量?jì)x。

在《自然·通訊》上發(fā)表的工作證明了基于石墨烯的非冷卻熱檢測器的最高報告的溫度敏感性，能夠將溫度變化分解為幾十μK。僅需要幾納米的IR輻射功率來(lái)在隔離器件中產(chǎn)生這樣小的溫度變化，比通過(guò)緊密靠近的人手遞送到檢測器的IR功率小大約1000倍。
 
　　石墨烯紅外探測器，可檢測出極微小的熱輻射變化

檢測器的高靈敏度對于超過(guò)熱成像的光譜應用是非常有用的。使用高性能的基于石墨烯的IR檢測器，可以提供較少的入射輻射的強信號，可以隔離IR光譜的不同部分。這在安全應用中是至關(guān)重要的，其中不同的材料(例如爆炸物)可以通過(guò)它們的特征IR吸收或透射光譜來(lái)區分。

恩伯頓首席工程師和研究的聯(lián)合負責人Alan Colli博士說(shuō)：“使用更高靈敏度的檢測器，可以限制大的熱帶，并且仍然使用在非常窄的光譜范圍內的光子形成圖像，并且做多光譜紅外成像對于安全檢查，有特定的簽名，材料在窄帶中發(fā)射或吸收，因此，需要一個(gè)在窄帶中訓練的檢測器，這在尋找爆炸物，有害物質(zhì)或任何分類(lèi)?！?/span>

典型的IR光電探測器通過(guò)熱電效應或作為測量由于加熱引起的電阻變化的測輻射熱計進(jìn)行操作?；谑┑臒後岆姕y輻射熱計將這兩種方法與石墨烯的優(yōu)異電性能相結合，以獲得最佳性能。石墨烯作為信號的內置放大器，消除了對外部晶體管的需要，意味著(zhù)沒(méi)有寄生電容的損失和顯著(zhù)低的噪聲。

石墨烯的高電導率還提供與用于與檢測器像素和記錄裝置接口的外部讀出集成電路(ROIC)的方便的阻抗匹配。隨著(zhù)石墨烯質(zhì)量的持續改進(jìn)(例如，更高的遷移率)，可以制造具有擴展的動(dòng)態(tài)范圍(器件將可靠地工作的溫度范圍)的穩健器件，同時(shí)保持相同的優(yōu)異的溫度響應性。

劍橋石墨烯中心主任Andrea Ferrari教授說(shuō)，“這項工作是石墨烯在應用路線(xiàn)圖上穩步前進(jìn)的另一個(gè)例子，恩伯頓是一家新公司，專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)石墨烯光子學(xué)和電子學(xué)紅外光電探測器和熱傳感器，這項工作例證了基礎科學(xué)技術(shù)如何可以導致迅速的商業(yè)化?！盇ndrea Ferrari是Graphene Flagship的科學(xué)技術(shù)官員，也是Graphene Flagship管理小組的主席。

該項目的合作者Frank Koppens教授是 ICFO的量子納米光電子技術(shù)的領(lǐng)導者，并領(lǐng)導Graphene Flagship的光子和光電子工作包?！笆┳钣星巴镜膽弥皇菍拵Ч怆娞綔y和成像，在任何其他現有技術(shù)的基礎上，在一個(gè)材料系統中結合可見(jiàn)光和紅外探測是不可能的，Graphene Flagship計劃將進(jìn)一步發(fā)展高光譜成像系統，開(kāi)發(fā)石墨烯獨特的方向，”他說(shuō)。

Daniel Neumaier博士(德國AMO)是Graphene Flagship電子和光子學(xué)集成部門(mén)的領(lǐng)導者，并沒(méi)有直接參與這項工作。他說(shuō)：“在過(guò)去幾年里，紅外探測器的市場(chǎng)規模急劇增加，這些設備正在越來(lái)越多的應用領(lǐng)域，特別是光譜安全檢查變得越來(lái)越重要，這需要在室溫下的高靈敏度。目前的工作是在滿(mǎn)足石墨烯紅外探測器的這些要求方面邁出的巨大一步?！?/span>