Von der Hinzufügung von Komponenten bis hin zum Einsatz neuer Materialien ist die Nachtsichttechnologie seit ihrem Debüt in den 1930er Jahren enorm gewachsen. Während sich die Langlebigkeit und Zuverlässigkeit von Nachtsichtgeräten stetig verbessert hat, können neue Forschungen zu Sensoren auf Graphenbasis für die Infraroterkennung eine der bisher tiefgreifendsten Entwicklungen sein.
Die Geschichte der Nachtsichttechnologie
Als im Zweiten Weltkrieg die ersten militärischen Nachtsichtgeräte eingeführt wurden, wurde die Technologie zwar wertvoll, aber durch ihre Sperrigkeit zurückgehalten. Diese Geräte erforderten auch die Verwendung eines großen Infrarot-Suchscheinwerfers zur Beleuchtung, was diese Technologie für feindliche Streitkräfte mit ähnlichen Geräten leider einfacher machte. Die Absicht – Truppen zu schützen und ihnen die Möglichkeit zu geben, sich nachts zu bewegen – war stark, aber den ursprünglichen Geräten fehlte es an der nötigen Subtilität und Tragbarkeit.
Schlagen Sie bis heute vor, und Sie werden feststellen, dass neue Nachtsichtforschungen im Gange sind – Forschungen, die möglicherweise zur Entwicklung von Infrarot-Kontaktlinsen führen könnten. Bevor wir zu dieser neuesten Entwicklung übergehen, lassen Sie uns darüber nachdenken, wie sich diese Technologie im Laufe der Jahre allmählich entwickelt hat.
Wie sich die Nachtsichttechnologie entwickelt hat Wie oben erwähnt, erforderten die ersten Nachtsichtgeräte aktives Infrarot, das sich auf einen Infrarot-Suchscheinwerfer zur Beleuchtung stützte. Dieser Suchscheinwerfer projizierte einen Strahl aus nahem Infrarot, der von Objekten reflektiert und dann zurück auf die Linse des Geräts reflektiert wurde. Die Photonen aus der Lichtenergie passierten dann eine Photokathode, die sie in elektrische Energie umwandelte. In Verbindung mit der Kathode wurde eine Anode verwendet, um diese Elektronen zu beschleunigen. Der Beschleunigungsprozess erhöhte die Energie der Elektronen beim Auftreffen auf den Phosphorschirm, wodurch ein sichtbares Bild erzeugt wurde. Diese Technik führte jedoch oft zu verzerrten Bildern und einer kürzeren Lebensdauer der Röhre.
In den 1960er Jahren erfolgte ein Übergang von der Verwendung von Aktiv-Infrarot- zu Passiv-Infrarot-Geräten. Anstatt sich auf Infrarotlicht zu verlassen, waren diese neuen Geräte, die im Vietnamkrieg weit verbreitet waren, vom Umgebungslicht von Mond und Sternen abhängig, um richtig zu funktionieren. Während sich die Lichtquelle geändert hatte, blieb die Technik der Bildverstärkerröhre gleich. Somit wirkten sich die gleichen Probleme der Bildverzerrung und der begrenzten Röhrenlebensdauer auf die Technologie aus. Sie haben vielleicht gehört, dass es als „Wundermaterial“ bezeichnet wird. Seit seiner Entdeckung im Jahr 2004 wird Graphen wegen seiner enormen Stärke – insbesondere im Vergleich zu seinem geringen Gewicht – sowie seiner Effizienz bei der Wärme- und Stromleitung geschätzt.
Aber eine weitere einzigartige Eigenschaft dieses Materials ist seine Fähigkeit, das gesamte Infrarotspektrum sowie sichtbares und ultraviolettes Licht wahrzunehmen. Das dünne Material absorbiert jedoch nur einen Bruchteil des auftreffenden Lichts. Graphen ist daher nicht in der Lage, ein elektrisches Signal zu erzeugen, das stark genug ist, um als Infrarotsensor verwendet zu werden. Aber was wäre, wenn es eine Möglichkeit gäbe, dieses Signal zu verstärken?
Graphenbasierte Sensoren
Forscher der University of Michigan haben daran gearbeitet, ein solches Gerät zu entwickeln, das die optischen Fähigkeiten von Graphen verstärken könnte.
Dieses Gerät besteht aus einer Isolierschicht, die zwischen zwei Graphenschichten eingebettet ist, wobei ein elektrischer Strom durch die untere Schicht fließt. Wenn Licht auf die obere Schicht trifft, werden Elektronen frei, die dann zur unteren Schicht wandern. Diese Elektronenbewegung hinterlässt positiv geladene Löcher in der oberen Schicht des Geräts, die folglich den Stromfluss zur unteren Schicht beeinflussen und das elektrische Signal verstärken.
Ein wichtiges Merkmal dieses auf Graphen basierenden Geräts ist, dass es funktioniert, während das Material Raumtemperatur hat. Dies könnte möglicherweise bedeuten, dass auf sperrige Kühlgeräte verzichtet werden kann, die für den Betrieb von Nachtsichtgeräten erforderlich sind. Bemerkenswert ist auch die Größe des Gerätes. Obwohl diese Sensoren von Natur aus leistungsstark sind, ähneln sie der Größe eines Fingernagels, und Forscher glauben, dass sie in Zukunft noch weiter verkleinert werden können – sogar klein genug, um in eine Kontaktlinse integriert zu werden.
