นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยดุ๊กในสหรัฐฯ ได้พัฒนากล้องถ่ายภาพความร้อนราคาถูกและง่ายต่อการประกอบ ซึ่งสามารถจับภาพหลายสเปกตรัมได้เร็วกว่าเครื่องตรวจจับสเปกตรัมกว้างที่มีอยู่ถึงครึ่งล้านเท่า กล้องตัวใหม่นี้ใช้ความเร็วของวัสดุพลาสโมนิกและไพโรอิเล็กทริกขั้นสูง และนักประดิษฐ์กล่าวว่าอาจพบการใช้งานในด้านการแพทย์และการตรวจสอบอาหาร รวมถึงสาขาการเกษตรที่แม่นยำที่กำลังมาแรง
กล้องถ่ายภาพความร้อนสามารถตรวจจับ
การแผ่รังสีได้ในช่วงความถี่กว้างภายในสเปกตรัมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า แต่จะต้องเผชิญกับเวลาตอบสนองที่ค่อนข้างช้าภายในเวลาไม่กี่มิลลิวินาที พวกมันยังเทอะทะ สร้างยาก และมีราคาหลายแสนเหรียญ
ตอนนี้ นักวิจัยที่นำโดยMaiken Mikkelsenได้สร้าง photodetector ชนิดใหม่ที่สามารถรวมเข้ากับชิปตัวเดียว และสามารถบันทึกภาพ multispectral ได้ในเวลาเพียง 700 picoseconds (10 -12 วินาที) ด้วยค่าใช้จ่ายที่อาจเกิดขึ้นเพียง 10 เหรียญสหรัฐในแง่ของวัสดุที่ใช้ อุปกรณ์นี้ยังเป็นราคาเพียงเศษเสี้ยวของราคากล้องถ่ายภาพความร้อนทั่วไป สิ่งเหล่านี้มีราคาแพงกว่า ด้วยเหตุผลอื่นๆ เนื่องจากวัสดุราคาแพงที่ใช้ในเลนส์ ซึ่งมักจะทำจากเจอร์เมเนียม
Plasmonic metasurface และฟิล์มบางแบบไพโรอิเล็กทริก
กล้องใหม่นี้ประกอบด้วยวัสดุที่เป็นโลหะซึ่งมีโครงสร้างที่ปรับแต่งได้อย่างละเอียดเพื่อให้โต้ตอบกับแสงได้ในลักษณะเฉพาะ มันทำงานโดยใช้ประโยชน์จากฟิสิกส์ของพลาสมอน ซึ่งเป็นควอซิพาร์ติเคิลที่เกิดขึ้นเมื่อแสงทำปฏิกิริยากับอิเล็กตรอนในโลหะและทำให้พวกมันสั่น รูปร่าง ขนาด และการจัดเรียงของโครงสร้างระดับนาโนภายในวัสดุที่เรียกว่าพลาสโมนิกทำให้สามารถรองรับพลาสมอนที่ความถี่เฉพาะได้ ดังนั้นโดยการปรับพารามิเตอร์โครงสร้างเหล่านี้ นักวิจัยสามารถกำหนดความถี่ของแสงที่วัสดุจะดูดซับและกระจาย
ในกล้องของกลุ่ม Duke พลาสโมนิก
metasurface ทำจากก้อนเงินขนาดสองสามร้อยนาโนเมตร ลูกบาศก์เหล่านี้วางอยู่เหนือชั้นทองสองสามนาโนเมตร (หนาเพียง 75 นาโนเมตร) ซึ่งวางอยู่บนแผ่นฟิล์มบางของอะลูมิเนียมไนไตรด์ (หนา 105 นาโนเมตร) อะลูมิเนียมไนไตรด์เป็นไพโรอิเล็กทริก ซึ่งหมายความว่าจะสร้างแรงดันไฟฟ้าเมื่อถูกความร้อน
เมื่อแสงกระทบพื้นผิวของนาโนคิวบ์ในกล้องถ่ายภาพความร้อน มันกระตุ้นอิเล็กตรอนในโลหะ โดยดักจับพลังงานแสงที่ความถี่ซึ่งขึ้นอยู่กับขนาดของโครงสร้างนาโนและระยะห่างจากชั้นฐานของทองคำ ความร้อนจากพลังงานแสงที่ติดอยู่นี้เพียงพอที่จะเปลี่ยนโครงสร้างผลึกของอะลูมิเนียมไนไตรด์ไพโรอิเล็กทริกที่อยู่ใต้นาโนคิวบ์ ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าที่สามารถวัดได้
กระบวนการที่รวดเร็วกระบวนการนี้รวดเร็วมาก เนื่องจากแสงที่ตกกระทบกล้องมากกว่า 98% ถูกแปลงเป็นพลาสมอนพื้นผิวที่แปลเป็นภาษาท้องถิ่นซึ่งถูกกักขังระหว่างนาโนคิวบ์สีเงินและฟิล์มทองคำ พลาสมอนเหล่านี้จะสลายตัวในเวลาเพียงเฟมโตวินาที ( 10-15วินาที) ทำให้เกิดความร้อนผ่านการกระเจิงของอิเล็กตรอนด้วยการสั่นสะเทือนของโครงตาข่ายวัสดุ (โฟนอน) ซึ่งเป็นกระบวนการที่ใช้เวลาหลายพิโควินาที ความร้อนนี้จะกระจายตัวอย่างรวดเร็วแม้ว่าฟิล์มทองคำจะเข้าไปในอะลูมิเนียมไนไตรด์ที่อยู่เบื้องล่าง อีกครั้งในเวลาเพียงสิบพิโควินาที
ไมเคน มิคเคลเซ่นสำหรับกล้องในงานนี้ ซึ่งอธิบายไว้
ในNature Materialsมิคเคลเซ่นและเพื่อนร่วมงานของเธอได้สร้างตัวตรวจจับแสงสี่ตัว ซึ่งแต่ละตัวปรับให้ตอบสนองต่อความยาวคลื่นระหว่าง 750 ถึง 1900 นาโนเมตร อย่างไรก็ตาม โดยหลักการแล้ว นักวิจัยสามารถสร้างระบบที่ตอบสนองต่อความถี่ตั้งแต่บริเวณรังสีอัลตราไวโอเลต (โดยการแทนที่แพลตตินั่ม เงิน หรืออลูมิเนียมเป็นชั้นทอง) ไปเป็นอินฟราเรดกลาง (โดยการสร้างนาโนคิวบ์ขนาดใหญ่ขึ้นและปรับระยะห่างระหว่างพวกมัน) .
แม้ว่าเครื่องตรวจวัดแสงที่มีวัสดุไพโรอิเล็กทริกจะทำมาก่อนและทำการค้า แต่อุปกรณ์รุ่นก่อนๆ เหล่านี้ไม่สามารถมุ่งเน้นไปที่ความถี่แม่เหล็กไฟฟ้าที่เฉพาะเจาะจงได้ ประกอบกับข้อเท็จจริงที่ว่าจำเป็นต้องใช้วัสดุไพโรอิเล็กทริกเป็นชั้นๆ เพื่อสร้างสัญญาณไฟฟ้าที่แรงเพียงพอ หมายความว่าพวกมันทำงานด้วยความเร็วที่ช้ากว่ามาก เครื่องตรวจจับพลาสโมนิกใหม่สามารถปรับให้เข้ากับความถี่เฉพาะและดักจับแสงได้มากจนทำให้เกิดความร้อนได้มาก “ประสิทธิภาพดังกล่าวหมายความว่าเราต้องการวัสดุเพียงชั้นบางๆ เท่านั้น ซึ่งจะช่วยเร่งกระบวนการได้อย่างมาก” จอน สจ๊วร์ต หัวหน้าทีมวิจัยกล่าว
แอพพลิเคชั่นมากมาย
Mikkelsen และเพื่อนร่วมงานเชื่อว่าอุปกรณ์ใหม่นี้อาจมีแอพพลิเคชั่นมากมาย ตัวอย่างเช่น แพทย์อาจใช้เครื่องสร้างภาพ multispectral imager ที่รวดเร็วและราคาถูกเพื่อวัด “ลายนิ้วมือ” ของสเปกตรัมของตัวอย่างชีวการแพทย์ และด้วยเหตุนี้จึงแยกแยะระหว่างเนื้อเยื่อที่เป็นมะเร็งและเนื้อเยื่อที่แข็งแรงในระหว่างการผ่าตัด ผู้ตรวจสอบความปลอดภัยของอาหารอาจใช้อุปกรณ์เพื่อตรวจสอบว่าตัวอย่างอาหารมีสารปนเปื้อนที่เป็นอันตราย เช่น แบคทีเรียหรือไม่ การถ่ายภาพความร้อนจะตรวจสอบประสิทธิภาพการรักษาด้วยรังสี
พื้นที่ที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือการเกษตรที่แม่นยำ ด้วยตาเปล่า พืชสามารถปรากฏเป็นสีเขียวหรือสีน้ำตาลได้ แต่มิคเคลเซ่นตั้งข้อสังเกตว่าแสงที่สะท้อนจากใบของมันที่ความถี่นอกส่วนที่มองเห็นได้ของสเปกตรัมนั้นมีข้อมูลที่มีค่ามากมาย ภาพหลายสเปกตรัมของพืชอาจบ่งบอกถึงชนิดของพืชและสภาพของพืช เช่น จำเป็นต้องรดน้ำหรือไม่ มีความเครียด หรือมีปริมาณไนโตรเจนต่ำ ซึ่งจะบ่งชี้ว่าต้องการปุ๋ยมากขึ้น “น่าแปลกใจจริงๆ ที่เราสามารถเรียนรู้เกี่ยวกับพืชได้เพียงศึกษาภาพสเปกตรัมของพืช” เธอกล่าว
การถ่ายภาพด้วยคลื่นความถี่สูงทำให้เกษตรกรสามารถใช้ปุ๋ย ยาฆ่าแมลง สารกำจัดวัชพืช และน้ำเฉพาะเมื่อจำเป็นเท่านั้น ประหยัดทรัพยากรอันมีค่า ลดต้นทุนและมลพิษ ตัวอย่างเช่น กล้องอาจถูกติดตั้งบนโดรนราคาไม่แพงซึ่งทำแผนที่สนามและส่งข้อมูลนั้นไปยังรถแทรกเตอร์ที่ออกแบบมาเพื่อส่งปุ๋ยหรือยาฆ่าแมลงในอัตราผันแปรทั่วทั้งสนาม Mikkelsen กล่าวเสริม
Credit : indragostiti.info iufc252.com iufc252live.com iustinabazu.com jogosdecorridaonline.net
