Nieuwe flexibele Terahertz-camera kan objecten met verschillende vormen inspecteren

In het huidige digitale tijdperk is het gebruik van 'Internet-of-Things'-apparaten (ingebed met software en sensoren) wijdverbreid. Deze apparaten omvatten draadloze apparatuur, autonome machines, draagbare sensoren en beveiligingssystemen. Vanwege hun ingewikkelde structuren en eigenschappen is het nodig om ze nauwkeurig te onderzoeken om hun veiligheid en bruikbaarheid te beoordelen en mogelijke defecten uit te sluiten. Maar tegelijkertijd moet schade aan het apparaat tijdens inspectie worden voorkomen.

Terahertz (THz)-beeldvorming, gebaseerd op straling met frequenties tussen 0,1 en 10 THz, is zo'n niet-destructieve methode die snel aan populariteit wint vanwege de hoge penetratie, resolutie en gevoeligheid. Conventionele THz-camera's zijn echter omvangrijk en onbuigzaam, waardoor hun potentieel bij het in beeld brengen van oneffen oppervlakken wordt beperkt. Bovendien maken hun hoge kosten en gebrek aan veelzijdigheid in sensorconfiguraties ze tot een nogal onpraktisch alternatief, waarvoor meer aanpasbare sensoren nodig zijn.

Daartoe heeft een team van onderzoekers van Tokyo Tech, onder leiding van universitair hoofddocent Yukio Kawano, deze leemte aangepakt door een flexibele en vrijstaande THz-sensorarray te ontwerpen die kan worden gebruikt om blinde uiteinden van onregelmatig gevormde objecten in beeld te brengen.

“Gezien de diversiteit in vormen, structuren en afmetingen van testobjecten, moeten het camera-ontwerp en de sensor worden aangepast om te voldoen aan verschillende configuraties. In ons onderzoek hebben we een eenvoudige en kosteneffectieve fabricagemethode ontwikkeld voor het genereren van THz-camera's met aanpasbare vormen,” zei Dr. Kawano.

De wetenschappers wisten dat het materiaal dat in dergelijke sensoren wordt gebruikt, een goede absorptie in het THz-spectrum moet hebben, samen met een hoge efficiëntie bij het omzetten van emissies in detecteerbare elektrische signalen. Om deze reden kozen ze koolstof nanobuis (CNT) films, die ook een goede mechanische sterkte en flexibiliteit bezitten. Ze voerden de CNT-oplossing door een polyimidefilm met lasergeïnduceerde spleten en een membraanfilter met behulp van een vacuüm. Na drogen bleef de CNT-oplossing als een vrijstaande hangende structuur tussen de lagen van de van een patroon voorziene polyimidefilm. Verder ontwikkelden ze een eenvoudig fabricageproces op basis van de zelfassemblage van CNT-filmarray en het vermogen om elektroden aan beide uiteinden te vormen.

Hiervoor verdampten ze metalen elektroden over de van een patroon voorziene polyimidefilm. Samen hebben deze processen een THz-camerapatchblad gegenereerd met meerdere camera's. Interessant is dat de structuur van de opgehangen CNT-film kan worden gewijzigd door de filteromstandigheden en dus de wrijvingskracht te wijzigen, waardoor het proces aanpasbaar wordt.

Bovendien zou het patchvel met een schaar kunnen worden gesneden in kleinere draagbare en draagbare sensoren die aan het oppervlak van het testobject kunnen worden bevestigd voor een betere dekking. De onderzoekers konden de industriële toepassingen demonstreren door scheuren, onzuiverheden en ongelijkmatige coating van polymeren in een hars te detecteren en te visualiseren en door slib in een gebogen pijp te detecteren, waardoor het potentieel van de camera voor kwaliteitscontroles werd onderstreept.