В сегодняшнюю цифровую эпоху широко распространено использование «Интернета вещей» (устройств, в которые встроено программное обеспечение и датчики). Эти устройства включают беспроводное оборудование, автономное оборудование, носимые датчики и системы безопасности. Из-за их сложной структуры и свойств возникает необходимость их тщательного изучения, чтобы оценить их безопасность и полезность, а также исключить любые потенциальные дефекты. Но, при этом, следует избегать повреждения устройства при осмотре.

Терагерцовая (ТГц) визуализация, основанная на излучении с частотами от 0,1 до 10 ТГц, является одним из таких неразрушающих методов, который быстро набирает популярность благодаря высокому проникновению, разрешающей способности и чувствительности. Однако обычные терагерцовые камеры громоздкие и жесткие, что ограничивает их возможности при съемке неровных поверхностей. Более того, их высокая стоимость и отсутствие универсальности в конфигурациях датчиков делают их довольно непрактичной альтернативой, требующей более гибких датчиков.

С этой целью группа исследователей из Токийского технологического института во главе с доцентом Юкио Кавано обратилась к этому пробелу, разработав гибкую и отдельно стоящую матрицу терагерцовых датчиков, которая может использоваться для визуализации слепых концов объектов неправильной формы.

В восторге от своих выводов, опубликованных в Advanced Functional Materials, доктор Кавано заявляет: «Учитывая разнообразие форм, структур и размеров тестовых объектов, конструкция камеры и сенсор должны быть адаптированы к различным конфигурациям. В нашем исследовании мы разработал простой и экономичный метод изготовления камер ТГц диапазона с изменяемой формой».

Ученые знали, что материал, используемый в таких датчиках, должен иметь хорошее поглощение в ТГц спектре наряду с высокой эффективностью преобразования излучения в обнаруживаемые электрические сигналы. По этой причине они выбрали пленки из углеродных нанотрубок (УНТ), которые также обладают хорошей механической прочностью и гибкостью. Они пропускали раствор УНТ через полиимидную пленку с лазерными прорезями и мембранный фильтр с помощью вакуума. После высыхания раствор УНТ оставался в виде свободно стоящей подвешенной структуры между слоями узорчатой полиимидной пленки. Кроме того, они разработали простой процесс изготовления, основанный на самосборке массива пленок УНТ и его возможности от электродов на обоих концах. Для этого они напыляли металлические электроды на узорчатую полиимидную пленку. Вместе, эти процессы генерировали коммутационный лист ТГц камеры с несколькими камерами. Интересно, что структура суспендированной пленки УНТ может быть изменена путем изменения условий фильтрации и, следовательно, силы трения, что делает процесс настраиваемым.

Более того, пластырь можно разрезать ножницами на более мелкие портативные и носимые датчики, которые можно прикрепить к поверхности тестового объекта для лучшего охвата. Исследователи смогли продемонстрировать ее промышленное применение, обнаружив и визуализировав трещины, примеси и неравномерное покрытие полимеров в смоле, а также обнаружив осадок в изогнутой трубе, что подчеркнуло потенциал камеры в операциях контроля качества.

Подчеркивая области применения их конструкции, д-р Кавано отмечает: «Нашу патч-камеру можно легко настроить для получения изображений больших и неподвижных объектов. Уникальный патч камеры 2D THz может ослабить ограничения, касающиеся формы и местоположения объектов, что в значительной степени способствует сенсорные сети неразрушающего контроля».