研究人員拍攝的測(cè)試照片，驗(yàn)證了一種低成本制造紅外相機(jī)的新方法

在人眼無法看到的波長(zhǎng)范圍，我們的眼睛錯(cuò)過了整個(gè)世界。但是，紅外相機(jī)可以捕捉這些神秘的光線，例如植物光合作用時(shí)發(fā)出的光，超酷的星體燃燒，電池發(fā)熱等等。它們還可以透視煙霧和塑料。

不過，紅外相機(jī)對(duì)比可見光相機(jī)可貴多了。而且，紅外光的能量小于可見光，使其更難捕捉。據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，美國(guó)芝加哥大學(xué)（University of Chicago）的科學(xué)家們?nèi)〉昧诵碌耐黄疲磥砘蚰苤圃旄叱杀拘б娴募t外熱像儀，從而為智能手機(jī)等大眾消費(fèi)電子產(chǎn)品提供紅外攝像頭，還能幫助自動(dòng)駕駛汽車更準(zhǔn)確的探測(cè)周圍環(huán)境。

“制造紅外熱像儀的傳統(tǒng)方法在材料和時(shí)間方面成本都很高，但我們開發(fā)的這種方法速度更快、性能更好，”博士后研究員Xin Tang說，他是這項(xiàng)發(fā)表在Nature Photonics上的研究成果的第一作者。

“這就是為什么我們對(duì)其潛在的商業(yè)價(jià)值非常興奮，”這項(xiàng)研究的共同作者、物理和化學(xué)教授Philippe Guyot-Sionnest說。

目前的紅外熱像儀是通過連續(xù)制備多層半導(dǎo)體材料制成的，這是一種復(fù)雜且容易出錯(cuò)的過程，這使得紅外熱像儀很昂貴，而很難進(jìn)入大眾消費(fèi)電子產(chǎn)品。

Guyot-Sionnest的實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)而研究量子點(diǎn)技術(shù)（只有幾納米的微小納米粒子，一納米大約是人體指甲每秒生長(zhǎng)的長(zhǎng)度）。在這種尺度上，它們表現(xiàn)出了很多獨(dú)特的屬性，會(huì)根據(jù)它們的大小而變化?？茖W(xué)家們可以通過調(diào)整粒子的大小來控制它們的特性。根據(jù)這一特性，科學(xué)家們可以調(diào)整量子點(diǎn)以捕捉紅外波段的光。

這種“可調(diào)性”對(duì)于紅外相機(jī)很重要，因?yàn)樗鼈冃枰蹲讲煌ǘ蔚募t外光譜。“捕捉紅外波段的多個(gè)波長(zhǎng)，可以提供更多的光譜信息，就像為黑白電視增添色彩一樣，”Tang解釋道，“短波紅外可以提供紋理和化學(xué)成分信息，中波紅外可以提供溫度信息。”

他們通過微調(diào)量子點(diǎn)獲得一種檢測(cè)短波紅外光的方案和一種檢測(cè)中波紅外光的方案。然后將兩者都整合到硅片上。

由此獲得的紅外相機(jī)表現(xiàn)非常好，且制造更簡(jiǎn)單。“這是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的過程，”Tang解釋說，“就像拿一個(gè)燒杯，注入一種溶液，再注入第二種溶液，然后等待五到十分鐘，就獲得了一種可以很方便制造功能器件的新溶液。”

科學(xué)家稱，廉價(jià)的紅外熱像儀有許多潛在的用途，包括依靠傳感器掃描道路和周圍環(huán)境的自動(dòng)駕駛汽車。還可以利用紅外光來檢測(cè)生物發(fā)出的熱量特征，它們還能穿透濃霧，因此汽車工程師會(huì)喜歡利用它們，但之前紅外熱像儀的成本太高了。

紅外熱像儀對(duì)科學(xué)家來說也很有用。“如果今天我想為我的實(shí)驗(yàn)室采購(gòu)一臺(tái)紅外熱像儀，它將花費(fèi)25000美元或更多，”Guyot-Sionnest說，“但紅外熱像儀在許多學(xué)科研究中都有用武之地。例如，生物學(xué)家可以利用蛋白質(zhì)發(fā)出的紅外信號(hào)進(jìn)行蛋白質(zhì)跟蹤。”