Opfindelsen tillader klare billeder i svagt lys

Kameraer udstyret med en ny revolutionerende sensor vil snart være i stand til at tage klare og skarpe billeder under mørke forhold, takket være en ny billedsensor opfundet på Nanyang Technological University (NTU).

Den nye sensor lavet af grafen, menes at være den første til at kunne detektere bredspektret lys, fra det synlige til det mellem-infrarøde, med høj fotorespons eller følsomhed. Det betyder, at den er velegnet til brug i alle typer kameraer, inklusive infrarøde kameraer, trafikhastighedskameraer, satellitbilleder og meget mere.

Ikke kun er grafensensoren 1, 000 gange mere følsomme over for lys end nuværende billedsensorer, der findes i nutidens kameraer, den bruger også 10 gange mindre energi, da den kører ved lavere spændinger. Når masseproduceret, grafensensorer anslås at koste mindst fem gange billigere.

Grafen er kun et atom tykt og er lavet af rene kulstofatomer arrangeret i en bikagestruktur. Det er kendt for at have en høj elektrisk ledningsevne blandt andre egenskaber såsom holdbarhed og fleksibilitet.

Opfinderen af ​​grafensensoren, Adjunkt Wang Qijie, fra NTU's School of Electrical &Electronic Engineering, sagde, at det menes at være første gang, at et bredt spektrum, høj lysfølsom sensor er udviklet ved hjælp af ren grafen.

Hans gennembrud, lavet ved at fremstille et grafenark til nye nanostrukturer, blev offentliggjort i denne måned i Naturkommunikation , et højt vurderet forskningstidsskrift.

"Vi har vist, at det nu er muligt at skabe billigt, følsomme og fleksible fotosensorer fra grafen alene. Vi forventer, at vores innovation vil have stor indflydelse ikke kun på forbrugernes billedbehandlingsindustri, men også i satellitbilled- og kommunikationsindustrien, såvel som de mellem-infrarøde applikationer, " sagde Asst Prof Wang, der også har en fælles ansættelse i NTU's Skole for Fysiske og Matematiske Fag.

"Mens man designer denne sensor, vi har holdt den nuværende fremstillingspraksis i tankerne. Det betyder, at industrien i princippet kan fortsætte med at producere kamerasensorer ved hjælp af CMOS-processen (komplementær metal-oxid-semiconductor), som er den fremherskende teknologi, der bruges af de fleste fabrikker i elektronikindustrien. Derfor kan producenter nemt erstatte det nuværende basismateriale af fotosensorer med vores nye nanostrukturerede grafenmateriale."

Hvis det bliver vedtaget af industrien, Asst Prof Wang forventer, at omkostningerne ved at fremstille billedsensorer vil falde - hvilket i sidste ende vil føre til billigere kameraer med længere batterilevetid.

Hvordan grafen nanostrukturen fungerer

Asst Prof Wang kom med en innovativ idé om at skabe nanostrukturer på grafen, som vil "fange" lys-genererede elektronpartikler i meget længere tid, hvilket resulterer i et meget stærkere elektrisk signal. Sådanne elektriske signaler kan derefter behandles til et billede, såsom et fotografi taget med et digitalkamera.

De "fangede elektroner" er nøglen til at opnå høj fotorespons i grafen, hvilket gør det langt mere effektivt end de normale CMOS eller CCD (charge-coupled device) billedsensorer, sagde Asst Prof Wang. I det væsentlige, jo stærkere de elektriske signaler genereres, jo klarere og skarpere billederne.

"Ydeevnen af ​​vores grafensensor kan forbedres yderligere, såsom reaktionshastigheden, gennem nanostrukturkonstruktion af grafen, og foreløbige resultater bekræftede allerede gennemførligheden af ​​vores koncept, ", tilføjede Asst Prof Wang.

Denne forskning, koster omkring $200, 000, er finansieret af Nanyang Adjunkt-opstartsstipendiet og støttet delvist af Undervisningsministeriets Tier 2 og 3 forskningsbevillinger.

Udviklingen af ​​denne sensor tog Asst Prof Wang i alt 2 år at gennemføre. Hans team bestod af to forskere, Dr Zhang Yongzhe og Dr Li Xiaohui, og fire doktorander Liu Tao, Meng Bo, Liang Guozhen og Hu Xiaonan, fra EEE, NTU. To bachelorstuderende var også involveret i dette banebrydende arbejde.

Asst Prof Wang har indgivet patent gennem NTU's Nanyang Innovation and Enterprise Office for sin opfindelse.

Det næste trin er at arbejde med industrisamarbejdspartnere for at udvikle grafensensoren til et kommercielt produkt.