一种应用灵活的太赫兹贴片式成像设备

图1 THz贴片式成像设备中的独立碳纳米管（CNT）薄膜阵列

想象这样一种场景：将相机贴在表面，就可以看到管道内部，或监测桥梁等结构中需要维修的脆弱点。这就是太赫兹（THz）成像研究人员的愿景，如果能够实现，将彻底改变工厂和其他工业环境中的无损检测和质量控制过程。

如今，日本的研究人员朝着这一愿景的实现又迈出了新的一步。他们发明了一种使用碳纳米管（CNTs）的柔性薄膜传感器阵列，该阵列可用于太赫兹贴片式成像设备（文章见：doi: 10.1002 / adfm.202008931）。

贴片式相机

光谱中的太赫兹部分有独特成像能力，其高穿透和空间分辨率超过了超声波、红外线、拉曼光谱甚至是X射线。然而现有的太赫兹成像设备通常是平面、刚性的，比如基于二维太赫兹探测器阵列的相机、辐射计和肖特基二极管。这一限制导致太赫兹成像技术无法用在任意形状、任意地点的成像上，又或是会造成成像盲点。

东京工业大学电气工程系的副教授、本文第一作者Yukio Kawano说，由他们日本团队设计的贴片可以用在任意形状、大小的平面和曲面上。他说，举个例子，这种2D阵列可以监测粘合剂的降解，或者贴在圆形管道外部，以准确检测堵塞位置。

这种新型设备“既可以利用倍频器或气体激光器作为外部光源进行主动扫描成像，也可以利用测量目标的辐射作为光源进行被动扫描成像”， Kawano说。“通过读取每个元件的开路电压并在软件中合并所有信号，进而呈现出太赫兹图像。”

特殊原料：碳纳米管

Kawano说，碳纳米管（CNTs）是该小组研究的关键。他所在的实验室在此前的工作中使用了大量材料来开发其他种类的柔性传感器和扫描仪。“碳纳米管薄膜兼具机械灵活性和将光信号输出为电信号的高转换能力，因此是作为柔性相机的理想材料。”

为了制作2D薄片阵列，该团队首先用激光在聚酰亚胺薄膜上刻出纹路，随后将这种薄膜放置在膜过滤器上，在真空条件下，碳纳米管溶液选择性地过滤，形成特定图案。Kawano说，像素大小可以根据涂层和目标波长自由改变。

作者在文中说：“通过简单调整过滤条件，即可自由地设计尺寸、阵列图案、基片和悬浮形状，以匹配不同的应用场景。”

使用金属蒸发工艺制造二极管

图2 这种贴片式成像设备可以剪开贴在指尖上，便于进行穿戴和携带

文章显示，该团队借助简单的金属蒸发过程，可在薄膜的前后两侧构造电极，即完成了2D阵列的简单制造。

Kawano指出，碳纳米管已经上市，而且随着应用的广泛普及，其价格有望降低；且该实验室的涂层类型无需借助价格昂贵的设备即可实现。他还表示，CNTs在弯曲时不会断裂，实验室的性能测试中显示在机械弯曲下也不会降低性能。文中说，贴片可以设计成任意尺寸，而且能够批量生产。

新的研究方向

Kawano说:“通过将太赫兹相机贴片的生产商业化，我们想要实现的是在基础设施和工业产品的多视角、无盲点无损检测突破性应用。”该团队写道，提出的技术有可能“借助自对准过滤过程，将热、应变和生化传感器整合在同一个太赫兹传感器上，有望制造出全方位贴片式传感器”。

Kawano说，下一步计划进一步提高相机灵敏度和读取速度一致性，同时改善在监测人员端成像的视觉效果。Kawano表示，该团队还希望能将这种灵活的摄像头贴片应用于生物医学领域，比如用于可穿戴传感器设备，或者内窥镜中的传感器。