Ver a través del smog y la niebla. Trazar un mapa de los vasos sanguíneos de una persona mientras se monitorea la frecuencia cardíaca al mismo tiempo, sin tocar la piel de la persona. Ver a través de obleas de silicio para inspeccionar la calidad y composición de las placas electrónicas. Estos son solo algunos de loscapacidades de un nuevo generador de imágenes infrarrojo desarrollado por un equipo de investigadores dirigido por ingenieros eléctricos de la Universidad de California en San Diego.
El generador de imágenes detecta una parte del espectro infrarrojo llamado luz infrarroja de onda corta longitudes de onda de 1000 a 1400 nanómetros, que está justo fuera del espectro visible 400 a 700 nanómetros. Las imágenes infrarrojas de onda corta no deben confundirse con imágenes térmicas, que detecta longitudes de onda infrarrojas mucho más largas emitidas por el cuerpo.
El generador de imágenes funciona iluminando con luz infrarroja de onda corta un objeto o área de interés y luego convirtiendo la luz infrarroja de baja energía que se refleja en el dispositivo en longitudes de onda más cortas y de mayor energía que el ojo humano puede ver.
"Hace que la luz invisible sea visible", dijo Tina Ng, profesora de ingeniería eléctrica e informática en la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego.
Si bien la tecnología de imágenes infrarrojas ha existido durante décadas, la mayoría de los sistemas son costosos, voluminosos y complejos, y a menudo requieren una cámara y una pantalla separadas. También se fabrican generalmente con semiconductores inorgánicos, que son costosos, rígidos y consisten en elementos tóxicos comoarsénico y plomo.
El generador de imágenes infrarrojas que desarrolló el equipo de Ng supera estos problemas. Combina los sensores y la pantalla en un dispositivo delgado, lo que lo hace compacto y simple. Está construido con semiconductores orgánicos, por lo que es de bajo costo, flexible y seguro de usar enaplicaciones biomédicas. También proporciona una mejor resolución de imagen que algunas de sus contrapartes inorgánicas.
El nuevo generador de imágenes, publicado recientemente en Materiales funcionales avanzados , ofrece ventajas adicionales. Ve más del espectro infrarrojo de onda corta, de 1000 a 1400 nanómetros; los sistemas similares existentes a menudo solo ven por debajo de 1200 nanómetros. También tiene uno de los tamaños de pantalla más grandes de generadores de imágenes infrarrojas hasta la fecha: 2 cuadradoscentímetros de área. Y debido a que el generador de imágenes se fabrica utilizando procesos de película delgada, es fácil y económico escalarlo para hacer pantallas aún más grandes.
Energizando fotones infrarrojos a fotones visibles
El generador de imágenes está formado por varias capas semiconductoras, cada una de cientos de nanómetros de espesor, apiladas una encima de la otra. Tres de estas capas, cada una hecha de un polímero orgánico diferente, son los jugadores clave del generador de imágenes: una capa fotodetectora, una capa orgánicacapa de visualización de diodo emisor de luz OLED y una capa de bloqueo de electrones en el medio.
La capa de fotodetector absorbe luz infrarroja de onda corta fotones de baja energía y luego genera una corriente eléctrica. Esta corriente fluye hacia la capa de pantalla OLED, donde se convierte en una imagen visible fotones de alta energía. Una capa intermedia, llamadacapa de bloqueo de electrones, evita que la capa de pantalla OLED pierda corriente. Esto es lo que permite que el dispositivo produzca una imagen más clara.
Este proceso de convertir fotones de baja energía en fotos de mayor energía se conoce como conversión ascendente. Lo que es especial aquí es que el proceso de conversión ascendente es electrónico ". La ventaja de esto es que permite la conversión directa de infrarrojos a visibles en un sistema delgado y compacto", dijo el primer autor Ning Li, investigador postdoctoral en el laboratorio de Ng." En un sistema típico de imágenes de infrarrojos donde la conversión ascendente no es electrónica, se necesita una matriz de detectores para recopilar datos, una computadora para procesar esos datos y una pantalla separada para mostraresos datos. Por eso, la mayoría de los sistemas existentes son voluminosos y costosos ".
Otra característica especial es que el generador de imágenes es eficiente para proporcionar lecturas tanto ópticas como electrónicas. "Esto lo hace multifuncional", dijo Li. Por ejemplo, cuando los investigadores colocaron luz infrarroja en el dorso de la mano de un sujeto, el generador de imágenes proporcionó unaimagen de los vasos sanguíneos del sujeto mientras se registra la frecuencia cardíaca del sujeto.
Los investigadores también usaron su generador de imágenes infrarrojas para ver a través del smog y una oblea de silicio. En una demostración, colocaron una fotomáscara con el patrón "EXIT" en una pequeña cámara llena de smog. En otra, colocaron una fotomáscara con el patrón "UCSD"detrás de una oblea de silicio. La luz infrarroja penetra a través del smog y el silicio, lo que hace posible que el creador de imágenes vea las letras en estas demostraciones. Esto sería útil para aplicaciones como ayudar a los coches autónomos a ver con mal tiempo e inspeccionar chips de silicio en busca de defectos..
Los investigadores ahora están trabajando para mejorar la eficiencia del generador de imágenes.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - San Diego . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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