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日本研发灵活且便捷的新型柔性太赫兹相机传感器阵列 可实现不规则物体的盲区成像

无损检测太赫兹 太赫兹成像
发布:2021-02-24 14:19:02     来源:DeepTech深科技

 在当今这个数字化时代,物联网应用已经变得非常普遍。这种万物互联的状态主要是通过在各式各样的设备中嵌入多个软件和传感器来实现的。具体而言,这些设备主要包括无线设备、自动机械、可穿戴传感器和安全系统等。

要保证设备平稳运行,就需要对各个组件进行详细检查,以评估其安全性和实用性,排除任何潜在的缺陷,同时还要避免在检查过程中给设备造成不必要的损坏。而太赫兹(THz)成像就是一种十分重要的监测手段,这种非破坏性成像方法与其他波段的成像技术相似,都是利用频率在0.1~10THz之间的太赫兹射线对测试物品进行照射,通过透射或反射即可完成物品相关信息的获取与成像。这种技术也因具备高穿透性、高分辨率和高灵敏度而迅速得到普及。然而,传统太赫兹摄像机因为体积大且较为坚硬,所以难以完成不平坦的物品表面的成像工作。而且这种摄像机在传感器的配置上还存在成本过高和通用性缺乏等问题,这些极大地阻碍了其在实际工业、生活场景中的大规模应用。想要解决这些难题,就需要更多的适应性传感器。

近日,东京工业大学(Tokyo Institute of Technology)和日本理化学研究所(RIKEN)的科研人员设计出一种灵活独立的太赫兹传感器阵列,可让太赫兹摄像机对形状不规则的物体盲区进行成像。


 

新型2D太赫兹摄像机(来源:Tokyo Tech)

该研究成果发表在《高级功能材料》(Advanced Functional Materials)上,标题为《一种基于自对准2D悬浮传感器阵列模式的可调节设计的太赫兹摄像机贴片》(A Terahertz Video Camera Patch Sheet with an Adjustable Design based on Self‐Aligned, 2D, Suspended Sensor Array Patterning)。

“考虑到测试对象在形状、结构和尺寸上的多样性,摄像机的设计和传感器必须适应不同的配置。在此次研究中,我们开发出一种更为简单经济的制造方法,能够生产具有可适应形状的太赫兹摄像机。”东京工业大学的Yukio Kawano副教授表示。

 

众所周知,这些传感器的原材料必须在太赫兹光谱中具有良好的吸收能力,并能高效地将发射物转换为可检测的电信号。因此,该团队选择碳纳米管(Carbon Nanotube,简称CNT)薄膜作为原材料,该薄膜具有良好的机械强度和柔韧性。

他们首先让CNT溶液依次通过一个带有激光诱导狭缝的聚酰亚胺薄膜和一个带有真空泵的膜过滤器;干燥后,CNT溶液就作为一个独立的悬浮结构保留在模式化的聚酰亚胺膜夹层之间;然后他们进一步开发出一种简单制造工艺,借此完成CNT膜阵列的自组装,以及从两端形成电极;最后在模式化的聚酰亚胺薄膜上蒸发金属电极。这一系列过程最后产生了太赫兹摄像机贴片。有趣的是,他们还可以通过改变过滤条件和摩擦力,来改变悬浮CNT膜的结构,从而制备出可定制的薄膜。

据悉,还可以直接用剪刀将贴片剪成更小的便携式、可穿戴传感器,附着在任意测试对象的表面以实现更好地覆盖。

研究人员通过检测和显示树脂中聚合物的裂缝、杂质和不均匀涂层,以及弯曲管道中的污泥来演示这种贴片在实际工业化应用中的表现,最终证实了这种新型的太赫兹摄像机在质量检测与控制操作中的巨大潜力。

Kawano强调道:“我们研发的2D补片太赫兹摄像机可以更加快捷地完成大型不可移动的物体成像,并且能够在很大程度上缓解由物体形状和所在位置带来的成像限制,进而对无损检测传感器网络做出重大贡献。”

值得一提的是,这种通过自对准过滤过程,去将热传感器、太赫兹传感器、应变传感器和生物化学传感器结合在一起的技术,未来有望不断衍生,并发展出全方位薄片传感器这一全新的研究方向。

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