Новая гибкая терагерцовая камера обеспечивает безопасную, точную инспекцию сложных форм объектов

В сегодняшнем цифровом веке использование устройств «Интернета вещей» (внедренных с программным обеспечением и сенсорами) стало широко распространенным. Эти устройства включают беспроводное оборудование, автономную технику, носимые сенсоры и системы безопасности. Из-за их сложных структур и свойств существует необходимость тщательно их изучать для оценки их безопасности и полезности и исключения любых потенциальных дефектов. Но при этом повреждение устройства во время инспекции должно быть избежано.

Терагерцовое (THz) изображения, основанное на излучении с частотами между 0.1 и 10 THz, является одним таким неразрушающим методом, который быстро набирает популярность благодаря своей высокой проникающей способности, разрешению и чувствительности. Конвенциональные THz-камеры, однако, громоздкие и жесткие, тем самым ограничивая их потенциал в изображении неровных поверхностей. Более того, их высокая стоимость и отсутствие универсальности в конфигурациях сенсоров делают их довольно непрактичной альтернативой, вызывая запрос на более адаптивные сенсоры.

В этой цели команда исследователей из Tokyo Tech, возглавляемая доцентом Юкио Кавано, устранила этот пробел, спроектировав гибкий и самонесущийся массив THz-сенсоров, который может использоваться для изображения слепых концов неправильной формы объектов.

«Учитывая разнообразие форм, структур и размеров тестовых объектов, дизайн камеры и сенсор должны быть адаптированы для соответствия разным конфигурациям. В нашем исследовании мы разработали простой и экономичный метод фабрикации для генерации THz-камер с адаптивными формами», — сказал д-р Кавано.

Ученые знали, что материал, используемый в таких сенсорах, должен иметь хорошее поглощение в THz-спектре вместе с высокой эффективностью конвертации излучения в детектируемые электрические сигналы. По этой причине они выбрали пленки углеродных нанотрубок (CNT), которые также обладают хорошей механической прочностью и гибкостью. Они пропустили раствор CNT через полиимидную пленку с лазерно-индуцированными щелями и мембранный фильтр с использованием вакуума. При сушке раствор CNT остался как самонесущая подвешенная структура между слоями структурированной полиимидной пленки. Кроме того, они разработали простой процесс фабрикации на основе самосборки массива пленки CNT и его способности формировать электроды на обоих концах.

Для этого они испарили металлические электроды над структурированной полиимидной пленкой. Вместе эти процессы сгенерировали лист патча THz-камеры с множественными камерами. Интересно, структура подвешенной пленки CNT могла быть модифицирована изменением условий фильтрации и таким образом трения силы, делая процесс настраиваемым.

Более того, лист патча мог быть разрезан ножницами на более мелкие переносные и носимые сенсоры, которые могут быть прикреплены к поверхности тестового объекта для лучшего покрытия. Исследователи смогли продемонстрировать его промышленные применения, обнаруживая и визуализируя трещины, примеси и неравномерное покрытие полимеров в смоле и обнаруживая осадок внутри изогнутой трубы, тем самым подчеркивая потенциал камеры для операций контроля качества.