Ученые из Даляньского института химической физики (DICP) Академии наук КНР разработали высокочувствительный длинноволновый инфракрасный детектор, способный с минимальными затратами энергии обеспечивать бесконтактное взаимодействие человека и роботизированных устройств. Об этом сообщает портал DailyInFormat. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Тепловое излучение, испускаемое человеческим телом, находится преимущественно в длинноволновой инфракрасной области (8-14 мкм), которая характеризуется малой энергией фотонов и малой энергоемкостью. С целью эффективного задействования этой среды для бесконтактного человеческо-машинного взаимодействия исследовательская группа под руководством доцента Лу Сяовэя, профессоров Цзян Пэна и Бао Синьхэ из DICP разработала высокочувствительный длинноволновый инфракрасный детектор.
Как тип теплового детектора, фототермоэлектрический детектор хорошо известен своей широкополосной спектральной характеристикой в неохлаждаемом и автономном режиме работы, который включает два отдельных процесса преобразования энергии: фототермическое и термоэлектрическое преобразование.
Коммерческие фототермоэлектрические детекторы обычно используют конструкцию термобатареи для умножения сигнала напряжения и требуют сложной технологии изготовления микроэлектромеханических систем. При обнаружении слабого излучения человека обычно применяют дополнительную схему регистрации с высоким отношением сигнал/шум из-за малого напряжения сигнала (около десятков или сотен микровольт).
Теперь китайские исследователи разработали новую термобатарею на основе гетероструктуры оксидов титаната стронция/медно-никелевого сплава (SrTiO(3-x)/CuNi).
С одной стороны, эта гетероструктура синергетически сочетала высокую электропроводность сплава CuNi с высоким показателем индуцированного термоэлектрического напряжения в ответ на разницу температур (так называемого коэффициента Зеебека) у SrTiO(3-x). С другой стороны, эта гетероструктура проявляла способность к широкополосному оптическому поглощению благодаря сочетанию поглощения свободных носителей и фононно-резонансного поглощения.
Благодаря полученным уникальным свойствам термобатарея на основе SrTiO(3-x)/CuNi показала высокую чувствительность к человеческому тепловому излучению. Уровень выходного сигнала достигал 13 мВ при шумовом напряжении 10 нВ/Гц. Кроме того, был построен массив термобатарей для реализации бесконтактного распознавания в реальном времени жестов рук, арабских цифр и букв алфавита.
«Эта работа предлагает надежную стратегию для интеграции человеческого излучения в бесконтактное взаимодействие человека и машины, которое может играть жизненно важную роль в определенных областях взаимодействия человека и машины, где гигиена и безопасность становятся решающими проблемами», – отметил профессор Цзян.