基于碳纳米管的超宽带光学传感器，可同时探测红外和太赫兹辐射
2026-02-07 19:41:57 来源：麦姆斯咨询评论：0 点击：

能够同时探测红外（IR）和太赫兹（THz）辐射的碳纳米管光学图像传感器正在开展多领域的应用测试工作，主要包括辅助食品和药品质量管控、地震后检测损坏电缆、可穿戴健康监测等方向。

据麦姆斯咨询介绍，能够探测宽带辐射的碳纳米管（CNT）光学传感器，在食品安全、药品质量控制、灾后修复以及可穿戴健康监测等领域具有广泛应用前景。

基于碳纳米管的超宽带光学图像传感器，采用全印刷技术在柔性衬底上以二维矩阵图案制备而成

日本的研究人员表示，能够同时探测红外（IR）和太赫兹（THz）辐射的碳纳米管光学图像传感器正在开展多领域的应用测试工作，主要包括辅助食品和药品质量管控、地震后检测损坏电缆、可穿戴健康监测等方向。

“从医学成像到机场安检扫描，精准可视化生物体与物体的内部结构已融入日常生活。”日本东京的中央大学（Chuo University）工程学教授、日本神奈川产业科学技术研究所（KISTEC）项目负责人Yukio Kawano指出，基于碳纳米管制备的光学传感器对此类应用具备独特优势。

利用碳纳米管光学图像传感器实现可见光波段不可见物体的透明成像

与仅能探测电磁频谱单一波段的传感器技术相比，Kawano教授团队致力于研发可探测太赫兹及更宽频段辐射的传感器，并以此生成高分辨率图像。

为实现全频谱的宽带吸收，研究人员选用了具有优异机械、热学和电学性能的碳纳米管（由碳原子构成的微型圆柱体）。关键在于碳纳米管可制成多种尺寸，使其既能尽可能吸收更多波长，也能按需仅吸收特定波长。

2016年，Kawano教授团队开发了一款基于碳纳米管薄膜的传感器，该薄膜由数百种不同长度和直径的纳米管构成，可同时探测太赫兹波段、长波红外波段及毫米波波段。“每层薄膜的图案和结构均可定制化设计。”Kawano表示，“这意味着我们的传感器可用于多种场景。”

坚固且柔韧的碳纳米管薄膜

制造传统光学传感器通常需要专用洁净实验室和精密制造设备，而且生产不同尺寸和像素图案的传感器会产生额外成本，因此Kawano及其团队长期致力于开发可扩展、高良率的碳纳米管薄膜制造技术，旨在实现低成本成像传感器。

Kawano及其团队最新进展涉及一种全印刷制造技术，该技术将碳纳米管分散于油墨中，并与掺杂剂、导电浆料混合，可直接印刷于各类基材表面。这种高产方法能在超薄聚合物上制备碳纳米管薄膜，适用于可穿戴电子器件。研究人员利用全印刷技术制备碳纳米管薄膜，将其用作功能性光学传感器材料，实现无损检测（如下图）。

基于全印刷技术制备的碳纳米管薄膜光热电（PTE）传感器的宽带成像性能

另一种方法采用“screen coating”技术，将碳纳米管油墨滚涂于衬底表面，形成可耐受恶劣环境的薄膜，传感器在高温和反复变形条件下仍能保持光学灵敏度。这种涂覆技术还可扩展，制备出长度达到数米的碳纳米管薄膜传感器阵列。

Kawano教授指出，与传统的半导体传感器材料不同，碳纳米管薄膜传感器兼具柔韧性、弹性、多功能性及可扩展性，既可用作制备平面二维传感器，也可根据需求用以制备不同三维（3D）结构。Kawano教授表示：“该薄膜即使被揉成一团也能继续工作。”该团队近期还将碳纳米管传感器集成至3D打印碗状相机中（如下图）。

集成碳纳米管传感器的3D打印碗状相机，搭载全景长波光源