Flexibler Terahertz-Scanner

Tragbarer Prototyp aus Nanoröhrchen für Materialanalysen und medizinische Sensorarmbänder
Prototyp eines flexiblen Terahertz-Scanners aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen.
Prototyp eines flexiblen Terahertz-Scanners aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen.
© D. Suzuki et al.; Nature Photonics
Tokio (Japan) - An Flughäfen wird die Kleidung von Passagieren mit mannshohen Terahertz-Scannern auf Waffen und andere verborgene Gegenstände durchleuchtet. Viel kleiner und dazu noch flexibel ist ein neuer Terahertz-Detektor, den nun japanische Wissenschaftler entwickelt haben. Wie sie in der Fachzeitschrift „Nature Photonics“ berichten, bestehen die ersten Prototypen aus mehreren Arealen auf Basis von Kohlenstoff-Nanoröhrchen. Erste Aufnahmen zeigten eine hohe Empfindlichkeit für Terahertzstrahlung. Die Forscher sehen mögliche Anwendungen ihrer Terahertz-Detektoren für das Aufspüren von Materialfehlern und in Zukunft auch für die Kontrolle von Körperfunktionen.

„Mit unseren Nanoröhrchen-Scannern können Terahertz-Bilder von verschiedenen Proben ohne den Einsatz komplizierter optischer Systeme aufgenommen werden“, berichten Yukio Kawano und seine Kollegen vom Tokyo Institute of Technology. Für ihren flexiblen Sensor nutzten sie den thermoelektrischen Effekt von biegsamen Nanoröhrchen aus Kohlenstoff aus. Werden diese durch Terahertzstrahlung etwas aufgewärmt, entsteht ein elektrischer Strom. Über Strommessungen mehrerer Detektorabschnitte erhielten die Forscher erste Aufnahmen von mit Papier abgedeckten Metallteilen oder auch von einer Hand.

Für ihre Detektoren deponierten sie zuerst ein Netzwerk aus Kohlenstoffnanoröhrchen auf einer etwa DIN A3 großen Unterlage. Diese Schicht zerschnitten sie in kleine, etwa 50 Quadratmillimeter kleine Stücke und kontaktieren die Nanoröhrchen an zwei Ende mit Elektroden aus Gold, Silber, Nickel oder Titan. Mit mehreren solcher Sensoren fingen sie Terahertzstrahlung verschiedener Frequenzen zwischen 0,14 und 39 Terahertz auf, die sie mit mehreren Lasern erzeugte hatten. Wurde nun eine unter einem Blatt Papier verborgene Büroklammer der Strahlung ausgesetzt, absorbierte sie diese dank ihrer guten Wärmeleitfähigkeit. Die Terahertzstrahlung neben der Klammer traf auf die aufgelegten Nanoröhrchen-Detektoren und wärmte diese etwas auf. Aus den dadurch per thermoelektrischem Effekt erzeugten elektrischen Ströme erhielten die Forscher ein Abbild der verborgenen Büroklammer.

Auch ohne Laser als Terahertzquellen ließen sich die flexiblen Detektoren einsetzen. Denn auch der menschliche Körper sendet Terahertzwellen bis zu einer Frequenz von etwa neun Terahertz aus. Um eine Hand gewickelt fingen die flexiblen Sensoren die Strahlung auf und lieferten genug Daten für ein grobes Abbild der Hand. So zeigt diese Arbeit, dass aus Nanoröhrchen-Arealen günstige, kleine und vor allem biegsame Terahertz-Scanner entwickelt werden können. Kawano und Kollegen sind davon überzeugt, dass diese Scanner schnell und unkompliziert Risse oder Materialfehler von beliebigen Produkten oder gar Zähnen aufspüren können. Prinzipiell könnten sie in einem Sensorarmband auch für die Kontrolle von Körperfunktionen, die einen Einfluss auf die ausgesendete Terahertzstrahlung haben, eingesetzt werden.

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