作者:Qi Jie Wang 来源:《自然—通讯》 发布时间:2013-6-5 9:54:33
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科学家研制超高灵敏度感光元件

 
这种新型感光元件比现有相机中安装的感光元件的灵敏度高出1000倍,可大幅提高相机在弱光条件下的拍摄能力。
 
图片来源:www.sciencedaily.com
  
近日,新加坡南洋理工大学科学家利用石墨烯材料,成功发明了一种比传统感光元件灵敏度高出千倍的新型感光元件。业内专家表示,此项成果可被用在包括红外摄像机、交通速度摄像机以及遥感监测相机等在内的几乎全部种类的相机之中,使得这些相机在弱光条件下的拍摄能力得到大幅提升。相关研究日前发表于《自然—通讯》。
 
据介绍,石墨烯是一种比头发丝细100万倍的材料,由排列成蜂巢结构的碳原子组成,具有超高导电性、耐用性以及可塑性。
 
该感光元件的发明者、新加坡南洋理工大学电子与电气工程学院助理教授王启杰(音)表示,作为世界上首个纯粹利用石墨烯制造的广谱感光元件,此项发明的先进之处在于比现有相机中安装的感光元件的灵敏度高出1000倍,大幅提高相机在弱光条件下的拍摄能力,并且由于可在低电压下运行,功耗仅为传统感光元件的十分之一。同时,在大规模生产之后,其制造成本至少可下降五分之四。
 
“我们的研究展示了利用石墨烯制造廉价、高敏感度感光元件的可能性。我们希望这项成果不仅会对相机业产生重大影响,也会因其在中红外光线方面的特长,对遥感成像和通讯业产生影响。”王启杰说。
 
王启杰还表示,在设计这个感光元件的时候,还充分考虑了目前制造业的实际情况,使得相关企业从原则上来说,能够在生产这种新型感光元件的同时,继续生产之前被广泛使用的CMOS(互补金属氧化物)感光元件。也就是说,这些企业能够很容易地将目前的传统感光元件生产线替换为新型石墨烯材料感光元件的生产线。
 
王启杰预计,如果该项成果得以商业化,相机感光元件的制造成本将大幅下降,进而带动相机整体价格下降。此外,相机电池的续航能力也将增强。
 
对于该感光元件的具体原理,王启杰介绍说,他利用石墨烯材料制造了一种可以“诱捕”光子的纳米结构,使得相关器件能够产生更强的电子信号。这种电子信号随后可被转换为图像信息。
 
“这一转换过程与数码相机形成图像的过程类似。”王启杰介绍说,“诱捕的过程是该感光元件进行光敏反应的关键,也使得此种传感器能够比CMOS和CCD(电荷耦合器件)感光元件更加有效率。最终,产生的电子信号越强烈,相机所获得的图像就越清晰。”
 
“目前,该感光元件还有被进一步改进的潜力,例如加快其反应速度等。不过,初步的结果已经证实了我们设计的可行性。”王启杰补充说,下一步的工作将是同相关企业探讨如何使该成果得以商业化。
 
据悉,该研究获得了南洋助理教授创业项目以及新加坡教育部的资助。(来源:中国科学报 邱锐)
 
 
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