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近日，新加坡南洋理工大學(xué)科學(xué)家利用石墨烯材料，成功發(fā)明了一種比傳統(tǒng)感光元件靈敏度高出千倍的新型感光元件。業(yè)內(nèi)專家表示，此項(xiàng)成果可被用在包括紅外攝像機(jī)、交通速度攝像機(jī)以及遙感監(jiān)測(cè)相機(jī)等在內(nèi)的幾乎全部種類的相機(jī)之中，使得這些相機(jī)在弱光條件下的拍攝能力得到大幅提升。相關(guān)研究日前發(fā)表于《自然—通訊》。
據(jù)介紹，石墨烯是一種比頭發(fā)絲細(xì)100萬(wàn)倍的材料，由排列成蜂巢結(jié)構(gòu)的碳原子組成，具有超高導(dǎo)電性、耐用性以及可塑性。
該感光元件的發(fā)明者、新加坡南洋理工大學(xué)電子與電氣工程學(xué)院助理教授王啟杰（音）表示，作為世界上首個(gè)純粹利用石墨烯制造的廣譜感光元件，此項(xiàng)發(fā)明的先進(jìn)之處在于比現(xiàn)有相機(jī)中安裝的感光元件的靈敏度高出1000倍，大幅提高相機(jī)在弱光條件下的拍攝能力，并且由于可在低電壓下運(yùn)行，功耗僅為傳統(tǒng)感光元件的十分之一。同時(shí)，在大規(guī)模生產(chǎn)之后，其制造成本至少可下降五分之四。
“我們的研究展示了利用石墨烯制造廉價(jià)、高敏感度感光元件的可能性。我們希望這項(xiàng)成果不僅會(huì)對(duì)相機(jī)業(yè)產(chǎn)生重大影響，也會(huì)因其在中紅外光線方面的特長(zhǎng)，對(duì)遙感成像和通訊業(yè)產(chǎn)生影響。”王啟杰說。
王啟杰還表示，在設(shè)計(jì)這個(gè)感光元件的時(shí)候，還充分考慮了目前制造業(yè)的實(shí)際情況，使得相關(guān)企業(yè)從原則上來(lái)說，能夠在生產(chǎn)這種新型感光元件的同時(shí)，繼續(xù)生產(chǎn)之前被廣泛使用的CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物）感光元件。也就是說，這些企業(yè)能夠很容易地將目前的傳統(tǒng)感光元件生產(chǎn)線替換為新型石墨烯材料感光元件的生產(chǎn)線。
王啟杰預(yù)計(jì)，如果該項(xiàng)成果得以商業(yè)化，相機(jī)感光元件的制造成本將大幅下降，進(jìn)而帶動(dòng)相機(jī)整體價(jià)格下降。此外，相機(jī)電池的續(xù)航能力也將增強(qiáng)。
對(duì)于該感光元件的具體原理，王啟杰介紹說，他利用石墨烯材料制造了一種可以“誘捕”光子的納米結(jié)構(gòu)，使得相關(guān)器件能夠產(chǎn)生更強(qiáng)的電子信號(hào)。這種電子信號(hào)隨后可被轉(zhuǎn)換為圖像信息。
“這一轉(zhuǎn)換過程與數(shù)碼相機(jī)形成圖像的過程類似。”王啟杰介紹說，“誘捕的過程是該感光元件進(jìn)行光敏反應(yīng)的關(guān)鍵，也使得此種傳感器能夠比CMOS和CCD（電荷耦合器件）感光元件更加有效率。最終，產(chǎn)生的電子信號(hào)越強(qiáng)烈，相機(jī)所獲得的圖像就越清晰。”
“目前，該感光元件還有被進(jìn)一步改進(jìn)的潛力，例如加快其反應(yīng)速度等。不過，初步的結(jié)果已經(jīng)證實(shí)了我們?cè)O(shè)計(jì)的可行性。”王啟杰補(bǔ)充說，下一步的工作將是同相關(guān)企業(yè)探討如何使該成果得以商業(yè)化。
據(jù)悉，該研究獲得了南洋助理教授創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目以及新加坡教育部的資助。（來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào) 邱銳）
