Neuartige flexible Terahertz-Kamera kann Objekte mit unterschiedlichen Formen untersuchen

Im heutigen digitalen Zeitalter ist die Verwendung von „Internet-of-Things“-Geräten (eingebettet mit Software und Sensoren) weit verbreitet. Zu diesen Geräten gehören drahtlose Geräte, autonome Maschinen, tragbare Sensoren und Sicherheitssysteme. Aufgrund ihrer komplizierten Strukturen und Eigenschaften müssen sie genau untersucht werden, um ihre Sicherheit und Nützlichkeit zu beurteilen und mögliche Mängel auszuschließen. Gleichzeitig müssen aber Beschädigungen am Gerät bei der Inspektion vermieden werden.

Terahertz (THz)-Bildgebung, basierend auf Strahlung mit Frequenzen zwischen 0,1 und 10 THz, ist eine solche zerstörungsfreie Methode, die aufgrund ihrer hohen Durchdringung, Auflösung und Empfindlichkeit schnell an Popularität gewinnt. Herkömmliche THz-Kameras sind jedoch sperrig und starr, wodurch ihr Potenzial zur Abbildung unebener Oberflächen eingeschränkt wird. Darüber hinaus machen ihre hohen Kosten und die mangelnde Vielseitigkeit der Sensorkonfigurationen sie zu einer ziemlich unpraktischen Alternative, die anpassungsfähigere Sensoren erfordert.

Zu diesem Zweck hat ein Forscherteam von Tokyo Tech unter der Leitung von außerordentlichem Professor Yukio Kawano diese Lücke geschlossen, indem es ein flexibles und freistehendes THz-Sensorarray entwickelt hat, das verwendet werden kann, um blinde Enden von unregelmäßig geformten Objekten abzubilden.

„Angesichts der Vielfalt an Formen, Strukturen und Größen von Testobjekten müssen Kameradesign und Sensor an unterschiedliche Konfigurationen angepasst werden. In unserer Studie haben wir ein einfaches und kostengünstiges Herstellungsverfahren zur Herstellung von THz-Kameras mit anpassbaren Formen entwickelt“, sagte Dr. Kawano.

Die Wissenschaftler wussten, dass das in solchen Sensoren verwendete Material eine gute Absorption im THz-Spektrum sowie eine hohe Effizienz bei der Umwandlung von Emissionen in nachweisbare elektrische Signale aufweisen muss. Aus diesem Grund wählten sie Kohlenstoff-Nanoröhren (CNT)-Folien aus, die auch eine gute mechanische Festigkeit und Flexibilität aufweisen. Sie leiteten die CNT-Lösung unter Vakuum durch eine Polyimidfolie mit laserinduzierten Schlitzen und einem Membranfilter. Beim Trocknen verblieb die CNT-Lösung als freistehende schwebende Struktur zwischen den Schichten des gemusterten Polyimidfilms. Darüber hinaus entwickelten sie einen einfachen Herstellungsprozess, der auf der Selbstorganisation von CNT-Filmarrays und ihrer Fähigkeit zur Bildung von Elektroden an beiden Enden basiert.

Dazu dampften sie Metallelektroden über die strukturierte Polyimidfolie. Zusammen generierten diese Prozesse ein THz-Kamera-Patchsheet mit mehreren Kameras. Interessanterweise konnte die Struktur des suspendierten CNT-Films modifiziert werden, indem die Filterbedingungen und damit die Reibungskraft geändert wurden, wodurch der Prozess anpassbar wurde.

Darüber hinaus könnte das Patch-Blatt mit einer Schere in kleinere tragbare und tragbare Sensoren geschnitten werden, die zur besseren Abdeckung an der Oberfläche des Testobjekts befestigt werden können. Die Forscher konnten ihre industriellen Anwendungen demonstrieren, indem sie Risse, Verunreinigungen und ungleichmäßige Beschichtungen von Polymeren in einem Harz detektierten und visualisierten und Schlamm in einem gebogenen Rohr detektierten, wodurch das Potenzial der Kamera für Qualitätskontrollvorgänge unterstrichen wurde.