پژوهشگران MIT موفق به ساخت یک حسگر حرارتی شده‌اند که زمینه‌ساز تحول در ساخت عینک‌های دید در شب سبک، پهپادهای حرارتی کم‌وزن و سنسورهای فوق‌نازک محیطی خواهد بود.
به گزارش تکناک، این حسگر حرارتی که تنها ۱۰ نانومتر ضخامت دارد، می‌تواند بدون نیاز به خنک‌کننده‌های حجیم، گرما را در سراسر طیف مادون قرمز تشخیص دهد.
فهرست مطالب
کارایی بالای حسگر حرارتی MIT
این حسگر حرارتی که از جنس ماده پیروالکتریک PMN-PT (ترکیبی از نیوبات منیزیم و تیتانات سرب) است، می‌تواند نوسانات دمایی بسیار جزئی را تشخیص دهد. آزمایش‌ها نشان داده‌اند که این حسگر می‌تواند تغییرات دما را با دقت بسیار بالا، در حد چند میلی‌کلوین ثبت کند. این فناوری در محدوده ۳ تا ۱۴ میکرومتر از طیف مادون قرمز عمل می‌کند، که برای تصویربرداری حرارتی کاربرد دارد.
نکته قابل توجه اینجا است که برخلاف حسگر فعلی که باید تا دمای منفی ۱۹۶ درجه سانتی‌گراد خنک شوند، این حسگر حرارتی در دمای اتاق کار می‌کند.
نوآوری در فرایند تولید
این حسگر حرارتی با استفاده از روش اپیتاکسی ساخته شده است، روشی که اتم‌ها را لایه‌لایه روی یک سطح بلوری قرار می‌دهد. نوآوری اصلی این بود که نیازی به لایه گرافن برای جدا کردن حسگر حرارتی از سطح پایه وجود نداشت. اتم‌های سرب به طور طبیعی مانند یک پوشش نازک عمل کردند و مانع از چسبیدن حسگر حرارتی به سطح پایه شدند. این کشف باعث شد که حسگر حرارتی به‌راحتی جدا شود و سطح پایه که یاقوت کبود گران‌قیمت بود، چندین بار قابل استفاده باشد.
مواد پیروالکتریک در هنگام تغییر دما، سیگنال الکتریکی تولید می‌کنند. کاهش ضخامت این مواد، ظرفیت گرمایی آنها را کاهش و حساسیت آنها را به نوسانات دمایی بسیار جزئی افزایش می‌دهد. این مسئله باعث شده است تا حسگر حرارتی MIT بتواند در رقابت با حسگر پیشرفته موجود، عملکردی برتر از خود نشان دهد.
کاربردهای گسترده حسگر حرارتی MIT
این نوآوری می‌تواند نسل جدیدی از دستگاه‌های تصویربرداری حرارتی را به وجود آورد. برخلاف دوربین‌های دید در شب فعلی که بزرگ، سنگین و پرهزینه هستند، این حسگر حرارتی را می‌توان به صورت مستقیم روی لنز عینک‌ها قرار داد. سایر اجزا مانند: باتری، عدسی‌های ساده و مدارهای خوانش در یک فریم معمولی عینک جا می‌گیرند.
از جمله کاربردهای آینده‌نگرانه این فناوری می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- خودروهای خودران: شناسایی هم‌زمان عابران، تشخیص دمای سطح جاده و یخ‌زدگی
- تلسکوپ‌های فضایی: ثبت تصاویر از ابرهای میان‌ستاره‌ای بدون نیاز به خنک‌کننده‌های مایع
- پزشکی: ساخت لنز برای پایش دمای اشک و تشخیص بیماری‌های چشمی
- الکترونیک: پایش نقطه‌ای حرارتی برای جلوگیری از خرابی پردازنده‌ها
تولید انبوه و ادغام با سایر فناوری‌ها
فرایند تولید این حسگر حرارتی به‌گونه‌ای طراحی شده که بستر سطح پایه سالم باقی مانده است و امکان تولید انبوه پوشش حرارتی فراهم می‌شود. همچنین می‌توان این حسگر حرارتی را با سایر فناوری‌های الکترونیکی نازک مانند: باتری‌های چاپی، آنتن‌های شفاف و سلول‌های خورشیدی ترکیب کرد تا باعث ساخت پوست‌های الکترونیکی هوشمند شود.
پژوهشگران MIT معتقد هستند که با افزودن یک لایه اتمی سرب به هر سطح پایه‌ای، می‌توان انواع اکسیدهای کاربردی دیگر را نیز با همین تکنیک جدا کرد. این به معنای آغاز عصری نوین در تولید:
- حافظه‌های فروالکتریک برای تراشه‌های هوش مصنوعی،
- عضلات مصنوعی برای ربات‌های نرم،
- همچنین نمایشگرهای LED کوانتومی برای واقعیت افزوده خواهد بود.
