Nieuwe Flexibele Terahertz-camera voor Veilige, Precieze Inspectie van Complexe Vormen

Vouwbare THz-sensorarray voor Non-destructieve Testen van Oneffen Oppervlakken

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

Terahertz Imaging als Oplossing

Terahertz (THz) imaging, gebaseerd op straling met frequenties tussen 0,1 en 10 THz, is zo'n non-destructieve methode die snel aan populariteit wint vanwege hoge penetratie, resolutie en gevoeligheid. Conventionele THz-camera's zijn echter groot en rigide, wat hun potentieel voor imaging van oneffen oppervlakten beperkt. Bovendien maken hun hoge kosten en gebrek aan veelzijdigheid in sensorconfiguraties ze tot een rather onpraktische optie, wat vraagt om meer aanpasbare sensoren.

Een team van Tokyo Tech, geleid by Associate Professor Yukio Kawano, heeft deze kloof overbrugd door een flexibele, vrijstaande THz-sensorarray te ontwerpen die blind uiteinden van onregelmatig gevormde objecten kan imageren.

"Gegeven de diversiteit in vormen, structuren en afmetingen van testobjecten, moet het camera-ontwerp en de sensor aangepast worden om aan verschillende configuraties te voldoen. In onze studie hebben we een eenvoudige en kosteneffectieve fabricatiemethode ontwikkeld voor THz-camera's met aanpasbare vormen," aldus Dr. Kawano.

Materiaalkeuze en Fabricage

De wetenschappers wisten dat het materiaal voor zulke sensoren goede absorptie in het THz-spectrum moet hebben samen met hoge efficiëntie bij het omzetten van emissies in detectbare elektrische signalen. Daarom kozen ze voor koolstofnanotube (CNT) films, die ook goede mechanische sterkte en flexibiliteit bezitten. Ze lieten de CNT-oplossing door een polyimide-film met laser-geïnduceerde spleten en een membraanfilter lopen met behulp van vacuüm. Na drogen bleef de CNT-oplossing als een vrijstaande opgehangen structuur tussen de lagen van de gepatroneerde polyimide-film. Verder ontwikkelden ze een eenvoudig fabricatieproces gebaseerd op de zelfassemblage van CNT-filmarray en zijn vermogen om elektroden aan beide uiteinden te vormen.

Hiervoor verdampten ze metaalelektroden over de gepatroneerde polyimide-film. Samen genereerden deze processen een THz-camera patch sheet met meerdere camera's. Interessant genoeg kon de structuur van de opgehangen CNT-film gewijzigd worden door de filtercondities en dus de wrijvingskracht aan te passen, wat het proces aanpasbaar maakt.

Bovendien kon de patch sheet met scharen in kleinere draagbare en draagbare sensoren geknipt worden die aan het oppervlak van het testobject bevestigd kunnen worden voor betere dekking. De onderzoekers demonstreerden industriële toepassingen door scheuren, onzuiverheden en oneffen polymercoating in een hars te detecteren en visualiseren en door slib in een gebogen buis te detecteren, wat het potentieel van de camera voor kwaliteitscontrole benadrukt.