Ultradünnes Graphen könnte die Nachtsichttechnik verbessern

Forscher entwickeln ein Wärmebildsystem, das auf ultradünnen Schichten von Kohlenstoffatomen basiert

Nachtsichtscheiben für Autos könnten eines Tages mit fortschrittlicher Wärmebildtechnologie möglich sein, die auf flexiblen, transparenten, atomar dünnen Kohlenstoffplatten basiert, sagen Forscher.

Durch Wärmebilder können Menschen die unsichtbaren Infrarotstrahlen, die von Objekten abgegeben werden, als Wärme sehen. Wärmebildgeräte haben Soldaten, Polizisten, Feuerwehrleuten und anderen geholfen, in der Dunkelheit und in rauchigen Bedingungen zu sehen, damit sie ihre Arbeit besser machen können.

Gegenwärtig benötigen viele Wärmebildgeräte Kühlsysteme, um Hintergrundwärme herauszufiltern, um nützliche Bilder zu erzeugen. Diese Kühlsysteme verkomplizieren jedoch das Design der Vorrichtungen und erhöhen deren Kosten und Sperrigkeit. [Top 10 Erfindungen, die die Welt verändert haben]

Forscher haben nun ein neues Wärmebildsystem entwickelt, das auf Graphenplatten basiert, die jeweils aus einer einzigen Schicht von Kohlenstoffatomen bestehen, die in einem Wabenmuster angeordnet sind. Graphen ist außerordentlich stark - etwa 200-mal stärker als Stahl - und elektrisch gut leitend.

Das Herzstück des Geräts ist ein quadratisches Stück Graphen in Kombination mit mikroskopischen Siliziumgeräten (MEMS). Dieses rechteckige Feld dient als thermischer Sensor, der thermische Signale in elektrische Signale umwandelt.

"Graphen eignet sich nicht nur hervorragend für Transistoren und auch für die Verstärkung von Konstruktionsmaterialien. Es ist auch eines der besten Materialien, das wir für die Infrarotdetektion kennen", sagte der Mitautor der Studie, Tomás Palacios, Elektroingenieur am Massachusetts Institute of Technology.

Anstatt ein Kühlsystem zu verwenden, isolierten die Forscher den Wärmesensor vom Rest des Geräts. Sie taten dies, indem sie Graphenstreifen verwendeten, um den thermischen Sensor im Freien aufzuhängen, wo er die ankommende Wärme erkennen konnte. Diese Streifen übertragen auch elektrische Signale vom Wärmesensor an den Rest des Geräts.

Die Wissenschaftler stellten fest, dass ihr Gerät die Wärmesignatur einer menschlichen Hand bei Raumtemperatur ausmachen kann, ohne Kühlflüssigkeiten (Kältemittel) zu benötigen. Die Forscher vermuten, dass ihre Ergebnisse eines Tages zu flexiblen, transparenten und kostengünstigen Wärmebildsystemen führen könnten.

"Der Vorteil einer erheblichen Reduzierung der Kosten und einer Steigerung der Leistung von Infrarot-Bildgebern besteht darin, dass Sie diese Kameras jetzt an vielen neuen Orten einführen können", sagte Palacios gegenüber Live Science. "Zum Beispiel können wir in Zukunft Infrarot-Detektoren in jedes Mobiltelefon und in jeden Laptop integrieren. Das bedeutet, dass Sie sie in Zukunft steuern können, indem Sie Ihre Hand vor ihnen bewegen."

Obwohl Computer heutzutage normale Kameras verwenden können, um Gesten zu erkennen, "erfordert es viel Rechenleistung, um zu ermitteln, wo sich Ihre Hände befinden und wie sie sich bewegen", sagte Palacios. "Durch die Verwendung eines Infrarotsensors wird die Bildgebung des Körpers vereinfacht, da es für die Wärmebildgebung sehr einfach ist, die Konturen des menschlichen Körpers in Bezug auf Hintergründe zu identifizieren, die tendenziell eine niedrigere Temperatur haben."

Dünne, flexible und transparente Wärmebildsysteme könnten "auch in die Windschutzscheiben von Fahrzeugen integriert werden", sagte Palacios. "Sie könnten Nachtsichtsysteme in Echtzeit betrachten, ohne die normale Sicht eines Fahrers auf die Straße zu blockieren."

Die Wissenschaftler detaillierten ihre Ergebnisse am 15. Oktober online in der Zeitschrift Nano Letters.

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