Kameror utrustade med en ny revolutionerande sensor kommer snart att kunna ta tydliga och skarpa foton under svaga förhållanden, tack vare en ny bildsensor som uppfanns vid Nanyang Technological University (NTU).

Den nya sensorn tillverkad av grafen, antas vara den första som kan upptäcka brett spektrumljus, från det synliga till mitten av infrarött, med hög fotorespons eller känslighet. Det betyder att den är lämplig för användning i alla typer av kameror, inklusive infraröda kameror, hastighetskameror, satellitbilder och mer.

Inte bara är grafensensorn 1, 000 gånger ljuskänsligare än nuvarande bildsensorer som finns i dagens kameror, den använder också 10 gånger mindre energi eftersom den arbetar vid lägre spänningar. När massproduceras, grafensensorer beräknas kosta minst fem gånger billigare.

Grafen är bara en atom tjock och är gjord av rena kolatomer arrangerade i en bikakestruktur. Det är känt att ha en hög elektrisk konduktivitet bland andra egenskaper såsom hållbarhet och flexibilitet.

Uppfinnaren av grafensensorn, Biträdande professor Wang Qijie, från NTU:s School of Electrical &Electronic Engineering, sa att det antas vara första gången som ett brett spektrum, hög ljuskänslig sensor har utvecklats med ren grafen.

Hans genombrott, tillverkad genom att tillverka ett grafenark till nya nanostrukturer, publicerades den här månaden i Naturkommunikation , en högt rankad forskningstidskrift.

"Vi har visat att det nu är möjligt att skapa billiga, känsliga och flexibla fotosensorer från grafen ensam. Vi förväntar oss att vår innovation kommer att ha stor inverkan, inte bara på konsumentbildindustrin, men också inom satellitbild- och kommunikationsindustrin, liksom de mellersta infraröda applikationerna, "sa professor Wang, som också har ett gemensamt möte i NTU:s skola för fysiska och matematiska vetenskaper.

"Under utformningen av denna sensor, vi har hållit gällande tillverkningsmetoder i åtanke. Detta innebär att industrin i princip kan fortsätta producera kamerasensorer med CMOS-processen (komplementär metalloxid-halvledare), som är den rådande tekniken som används av de flesta fabriker inom elektronikindustrin. Därför kan tillverkare enkelt ersätta det nuvarande basmaterialet för fotosensorer med vårt nya nanostrukturerade grafenmaterial. "

Om det antas av industrin, Asst prof Wang räknar med att kostnaderna för tillverkning av bildsensorer kommer att sjunka - vilket så småningom leder till billigare kameror med längre batteritid.

Hur grafen -nanostrukturen fungerar

Asst prof Wang kom med en innovativ idé att skapa nanostrukturer på grafen som kommer att "fånga" ljusgenererade elektronpartiklar under mycket längre tid, vilket resulterar i en mycket starkare elektrisk signal. Sådana elektriska signaler kan sedan bearbetas till en bild, till exempel ett fotografi som tagits med en digitalkamera.

De "fångade elektronerna" är nyckeln till att uppnå hög fotorespons i grafen, vilket gör den mycket effektivare än de vanliga CMOS- eller CCD-bildsensorerna (laddningskopplad enhet), sade prof Wang. Väsentligen, ju starkare de elektriska signalerna genereras, desto tydligare och skarpare foton.

"Prestanda för vår grafensensor kan förbättras ytterligare, till exempel svarshastigheten, genom nanostrukturteknik av grafen, och preliminära resultat har redan verifierat genomförandet av vårt koncept, "Tillade prof Wang.

Denna forskning, kostar ca $ 200, 000, finansieras av Nanyang Assistant Professorship start-up bidrag och stöds delvis av utbildningsministeriets nivå 2 och 3 forskningsbidrag.

Utvecklingen av denna sensor tog Asst Prof Wang totalt 2 år att slutföra. Hans team bestod av två forskare, Dr Zhang Yongzhe och Dr Li Xiaohui, och fyra doktorander Liu Tao, Meng Bo, Liang Guozhen och Hu Xiaonan, från EEE, NTU. Två studenter var också involverade i detta banbrytande arbete.

Asst Prof Wang har lämnat in patent genom NTU:s Nanyang Innovation and Enterprise Office för sin uppfinning.

Nästa steg är att arbeta med industrisamarbetspartners för att utveckla grafensensorn till en kommersiell produkt.