日本研發(fā)靈活且便捷的太赫茲相機(jī)傳感器陣列

據(jù)麥姆斯咨詢(xún)報(bào)道，東京工業(yè)大學(xué)(Tokyo Institute of Technology)和日本理化學(xué)研究所(RIKEN)的科學(xué)家們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種靈活、便攜、多功能的太赫茲(THz)相機(jī)傳感器陣列。這種新型的太赫茲傳感器陣列克服了傳統(tǒng)太赫茲相機(jī)在體積和剛度方面的缺點(diǎn)。由于其具有靈敏度高、適應(yīng)性強(qiáng)、易于拍攝不規(guī)則形狀的物體等優(yōu)點(diǎn)，因此它是有效控制復(fù)雜設(shè)備質(zhì)量的潛在工具。

在如今的數(shù)字時(shí)代，嵌入傳感器和軟件的“物聯(lián)網(wǎng)(IoT)”設(shè)備的應(yīng)用日益廣泛。這些設(shè)備包括無(wú)線(xiàn)通訊設(shè)備、自動(dòng)化機(jī)器人、可穿戴傳感器和智能安防系統(tǒng)等。由于這些物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和功能，需要對(duì)它們進(jìn)行仔細(xì)檢查，以評(píng)估其安全性和實(shí)用性，并排除任何潛在的缺陷問(wèn)題。但是，與此同時(shí)，我們還必須避免在檢查過(guò)程中損壞物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。

太赫茲成像是一種基于頻率在0.1～10THz之間的電磁輻射的無(wú)損成像方法，由于其高穿透性、高分辨率和高靈敏度而獲得應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)的太赫茲相機(jī)具有龐大的體積，且在剛度方面具有不利因素，因此限制了它們對(duì)不平表面物體的成像能力。此外，太赫茲相機(jī)的成本高和傳感器配置缺乏通用性，使得它們成為一個(gè)不切實(shí)際的應(yīng)用方案，所以我們需要適應(yīng)性更強(qiáng)的太赫茲傳感器。

為此，由東京工業(yè)大學(xué)的一組研究人員在Yukio Kawano副教授的帶領(lǐng)下，目前已經(jīng)通過(guò)設(shè)計(jì)一種靈活且便攜的太赫茲傳感器陣列來(lái)解決上述問(wèn)題，這種傳感器陣列可以用來(lái)對(duì)形狀不規(guī)則物體的“盲區(qū)”進(jìn)行無(wú)損成像。

Yukio Kawano對(duì)他們發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》(Advanced Functional Materials)上的研究結(jié)果感到很滿(mǎn)意，他說(shuō)：“鑒于測(cè)試對(duì)象在形狀、結(jié)構(gòu)和尺寸上的多樣性，太赫茲攝像機(jī)的設(shè)計(jì)和傳感器必須適應(yīng)不同的配置。在我們的研究中，開(kāi)發(fā)了一種簡(jiǎn)單且成本效益高的制造方法，可以制造出形狀可調(diào)的太赫茲傳感器陣列?！?/p>

科學(xué)家們知道，太赫茲傳感器所用的材料必須在太赫茲光譜中具有良好的吸收能力，同時(shí)具有將輻射轉(zhuǎn)換為可檢測(cè)電信號(hào)的高效率。因此，Yukio Kawano的研究團(tuán)隊(duì)選擇了碳納米管(CNT)薄膜，這種薄膜也具有良好的機(jī)械強(qiáng)度和柔韌性。他們將碳納米管溶液通過(guò)帶有激光誘導(dǎo)縫隙的聚酰亞胺薄膜和使用真空的薄膜過(guò)濾器。干燥后，碳納米管溶液在圖案化聚酰亞胺薄膜層之間保持為獨(dú)立懸浮結(jié)構(gòu)。此外，他們開(kāi)發(fā)了一種基于碳納米管薄膜陣列的自組裝及形成兩端電極的簡(jiǎn)單制造工藝。為此，他們?cè)谟袌D案的聚酰亞胺薄膜上通過(guò)蒸發(fā)工藝形成金屬電極。上述這些制造工藝共同形成了一個(gè)太赫茲傳感器陣列。有意思的是，可以通過(guò)改變過(guò)濾條件和摩擦力進(jìn)而改變懸浮碳納米管膜的結(jié)構(gòu)，這樣使得太赫茲傳感器陣列可定制化。

此外，還可以用剪刀將上述太赫茲傳感器陣列剪成更小的便攜式可穿戴傳感器，這些傳感器可以貼在測(cè)試物體的表面上，以便更好地覆蓋測(cè)試區(qū)域。研究人員利用該傳感器檢測(cè)和可視化樹(shù)脂中聚合物的裂縫、雜質(zhì)和不均勻涂層，以及檢測(cè)彎管內(nèi)的污泥，展示了其廣泛的工業(yè)應(yīng)用，從而突出了太赫茲成像在質(zhì)量控制方面中的潛力。

Yukio Kawano在強(qiáng)調(diào)其研究的應(yīng)用時(shí)說(shuō)：“我們的傳感器可以很容易地為大型和不可移動(dòng)物體進(jìn)行無(wú)損成像。獨(dú)特的二維太赫茲傳感器陣列可以減輕與物體形狀和位置有關(guān)的限制，助力各種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的檢測(cè)?！?/p>