Vendo através da poluição e do nevoeiro. Mapear os vasos sanguíneos de uma pessoa enquanto monitora a frequência cardíaca ao mesmo tempo - sem tocar na pele da pessoa. Vendo através de wafers de silício para inspecionar a qualidade e composição de placas eletrônicas. Essas são apenas algumas das capacidades de um novo gerador de imagens infravermelho desenvolvido por uma equipe de pesquisadores liderada por engenheiros elétricos da Universidade da Califórnia em San Diego.

O imageador detecta uma parte do espectro infravermelho chamado luz infravermelha de ondas curtas (comprimentos de onda de 1000 a 1400 nanômetros), que está fora do espectro visível (400 a 700 nanômetros). A imagem infravermelha de ondas curtas não deve ser confundida com a imagem térmica, que detecta comprimentos de onda infravermelhos muito mais longos emitidos pelo corpo.

O gerador de imagens funciona brilhando luz infravermelha de ondas curtas em um objeto ou área de interesse, e, em seguida, converter a luz infravermelha de baixa energia que é refletida de volta para o dispositivo em uma luz mais curta, comprimentos de onda de alta energia que o olho humano pode ver.

"Torna a luz invisível visível, "disse Tina Ng, professor de engenharia elétrica e de computação na Escola de Engenharia da UC San Diego Jacobs.

Embora a tecnologia de imagem infravermelha exista há décadas, a maioria dos sistemas são caros, volumoso e complexo, frequentemente exigindo uma câmera e um monitor separados. Eles também são normalmente feitos com semicondutores inorgânicos, que são caros, rígidos e compostos por elementos tóxicos como arsênio e chumbo.

O gerador de imagens infravermelho que a equipe de Ng desenvolveu supera esses problemas. Ele combina os sensores e a tela em um dispositivo fino, tornando-o compacto e simples. É construído com semicondutores orgânicos, então é de baixo custo, flexível e seguro para uso em aplicações biomédicas. Ele também oferece melhor resolução de imagem do que alguns de seus equivalentes inorgânicos.

O novo imageador, publicado recentemente em Materiais Funcionais Avançados , oferece vantagens adicionais. Ele vê mais do espectro infravermelho de ondas curtas, de 1000 a 1400 nanômetros - sistemas semelhantes existentes geralmente veem apenas abaixo de 1200 nanômetros. Ele também tem um dos maiores tamanhos de exibição de imagens infravermelhas até hoje:2 centímetros quadrados de área. E porque o gerador de imagens é fabricado usando processos de filme fino, é fácil e barato aumentar a escala para fazer exibições ainda maiores.

Energizando fótons infravermelhos para fótons visíveis

O gerador de imagens é feito de múltiplas camadas semicondutoras, cada um com centenas de nanômetros de espessura, empilhados uns sobre os outros. Três dessas camadas, cada um feito de um polímero orgânico diferente, são os jogadores-chave do imageador:uma camada fotodetectora, uma camada de exibição de diodo orgânico emissor de luz (OLED), e uma camada de bloqueio de elétrons no meio.

A camada fotodetectora absorve luz infravermelha de ondas curtas (fótons de baixa energia) e então gera uma corrente elétrica. Esta corrente flui para a camada de display OLED, onde é convertido em uma imagem visível (fótons de alta energia). Uma camada intermediária, chamada de camada de bloqueio de elétrons, evita que a camada de exibição OLED perca qualquer corrente. Isso é o que permite que o dispositivo produza uma imagem mais nítida.

Este processo de conversão de fótons de baixa energia em fotos de alta energia é conhecido como upconversion. O que é especial aqui é que o processo de conversão ascendente é eletrônico. "A vantagem disso é que permite a conversão direta de infravermelho em visível em um sistema fino e compacto, "disse o primeiro autor Ning Li, um pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Ng. "Em um sistema de imagem IR típico, onde a conversão ascendente não é eletrônica, você precisa de uma matriz de detector para coletar dados, um computador para processar esses dados, e uma tela separada para exibir esses dados. É por isso que a maioria dos sistemas existentes são volumosos e caros. "

Outra característica especial é que o gerador de imagens é eficiente em fornecer leituras óticas e eletrônicas. "Isso o torna multifuncional, "disse Li. Por exemplo, quando os pesquisadores direcionaram luz infravermelha nas costas da mão de um sujeito, o gerador de imagens forneceu uma imagem dos vasos sanguíneos do sujeito enquanto registrava a frequência cardíaca do sujeito.

Os pesquisadores também usaram suas imagens infravermelhas para ver através da poluição e de um wafer de silício. Em uma demonstração, eles colocaram uma fotomáscara com o padrão "EXIT" em uma pequena câmara cheia de poluição. Noutro, eles colocaram uma fotomáscara padronizada com "UCSD" atrás de um wafer de silício. A luz infravermelha penetra através da poluição atmosférica e do silício, tornando possível para o imageador ver as letras nessas demonstrações. Isso seria útil para aplicações como ajudar carros autônomos a enxergar no mau tempo e inspecionar chips de silício em busca de defeitos.

Os pesquisadores agora estão trabalhando para melhorar a eficiência do termovisor.