Grafeen contactlens maakt infrarood zichtbaar

Kunnen zien in het infrarood-spectrum biedt veel meer toepassingsmogelijkheden dan de militaire nachtkijkers - die nu ook al in nachtelijke oorlogsspellen worden gebruikt. Artsen kunnen deze golflengten gebruiken om de bloedstroom zichtbaar te maken en civiele ingenieurs kunnen er warmte of chemische lekken met opsporen. En dat kan binnenkort ook zonder de volumineuze infraroodkijkers die we kennen van speelfilms.

Onderzoekers van de University of Michigan, onder leiding van elektrotechnicus Zhaohui Zhong, hebben een manier bedacht om het inraroodspectrum te bekijken zonder dat daarbij de koeling nodig is die IR-kijkers zo reusachtig maakt. Ze gebruiken daarvoor het trendy nanomateriaal grafeen en daarmee maakten ze een ‘kijkertje' dat kleiner is dan een pinknagel.

Niet gevoelig genoeg

Het was al bekend dat grafeen het infraroodspectrum kan waarnemen bij kamertemperatuur. De moeilijkheid is dat het niet gevoelig genoeg is om een voldoende sterk elektrische signaal te produceren voor gebruik in een kijker, een bril of iets dergelijks.

Nieuwe aanpak

"De uitdaging voor de huidige generatie detectoren op grafeenbasis is dat hun gevoeligheid gewoonlijk heel gering is. Die is honderd tot duizend keer lager dan wat vereist zou zijn voor een commercieel instrument", zegt Zhong. Daarom stapte hij met zijn collega's af van de traditionele methode die gebruik maakt van vrijkomende elektronen als er licht op het grafeen valt. In plaats daarvan hebben zij, zoals beschreven in een artikel in Nature Nanotechnology, gemeten hoe de door licht geïnduceerde elektrische ladingen op een bovenlaag grafeen, de stroom beïnvloedt die loopt door een er onder gelegen grafeenlaag die van de eerste wordt gescheiden door een isolatielaag. (Als door contact met het licht elektronen vrijkomen laten zij positief geladen gaten achter in de bovenlaang en produceren ze een elektrisch veld dat de elektrische stroom door de onderlaag beïnvloedt.)

Integreren

Volgens de onderzoekers detecteert de ultradunne grafeensandwich het lastige midden-infrarood spectrum bijna even goed als gangbare kijkers, maar dan zonder de volumineuze koeling. En hij is zo dun dat hij kan worden geïntegreerd in mobiele telefoons, brillen en zelfs in contactlenzen om infrarood zichtbaar te maken. Op die manier kunnen ze niet alleen worden gebruikt door commando's, maar ook door artsen en reddingswerkers.