Nieuw flinterdun toestel maakt infraroodbeelden zichtbaar met een gewone camera, zelfs bij uitzonderlijk weinig licht
Onderzoekers van IUMAT, het Instituut voor Materiaalonderzoek van UHasselt en imec, hebben een toestel ontwikkeld van slechts enkele millimeters groot, dat onzichtbare infraroodpatronen omzet in zichtbare beelden, zonder externe stroom en bij zeer lage lichtintensiteit. “Ons toestel zet een nabij-infraroodbeeld om in zichtbaar groen licht dat met een goedkope conventionele camera, zoals die in smartphones, geregistreerd kan worden. De technologie is een belangrijke stap richting betaalbare infraroodbeeldvorming voor toepassingen in onder meer de landbouw, milieumonitoring en biomedisch onderzoek”, zeggen dr. Bernhard Siegmund en prof. dr. Koen Vandewal.
Nabij-infraroodlicht is onzichtbaar voor het menselijk oog, maar biedt heel wat nuttige informatie over materialen en producten. In de industrie worden infraroodcamera’s volop gebruikt om bijvoorbeeld het watergehalte en de rijpheidsgraad van een vrucht te bepalen of de samenstellingen van chemische producten. Voor dergelijke metingen zijn doorgaans gespecialiseerde en vaak dure, nabij-infraroodcamera’s nodig.
Het nieuwe toestel van de onderzoekers van IUMAT bestaat uit 38 zorgvuldig geselecteerde ultradunne organische lagen. De structuur is ongeveer 100 keer dunner dan een gemiddeld mensenhaar en kan een nabij-infraroodbeeld omzetten naar zichtbaar groen licht dat waargenomen kan worden door goedkope conventionele camera’s.
foto: Het toestel, hier op een glasplaat, zet nabij-infrarood of rood licht om in zichtbaar groen licht.
4.000 keer minder licht nodig
“Door in de structuur verschillende nabij-infraroodfotodetectoren in serie te schakelen, leveren ze samen voldoende vermogen om een OLED (organische lichtdiode) aan te sturen. Die zet het infraroodbeeld om in zichtbaar groen licht, dus zonder dat er daarvoor externe stroom nodig is”, zegt projectleider dr. Bernhard Siegmund. “Daarnaast werkt het toestel al bij een lichtintensiteit die meer dan 4.000 keer lager ligt dan bij vergelijkbare toestellen.”
Het duurde het internationale team van onderzoekers, bestaande uit zowel chemici als fysici, verschillende jaren om het speciale laboratorium uit te werken en de juiste samenstelling en structuur van het toestel te bepalen. “Toen we het uiteindelijke toestel met 38 lagen een helder beeld zagen produceren, wisten we dat de vele productiestappen, simulaties en afzonderlijke verbeteringen eindelijk goed samenwerkten”, zegt dr. Xueshi Jiang, die als doctoraatsonderzoeker het merendeel van de experimenten en optische simulaties uitvoerde.
foto: dr. Tom Cardeynaels, dr. Sam Gielen, Prof. dr. Koen Vandewal, dr. Xueshi Jiang, dr. Bernhard Siegmund en Ferdinando Muraca.
Verborgen details op biljet van 20 euro
Bij één van de experimenten in het lab maakte het toestel gedetailleerde nabij-infraroodbeveiligingskenmerken op een biljet van 20 euro zichtbaar, waaronder het gezicht van de mythologische figuur Europa en andere patronen. Ook bij biologische stalen konden de onderzoekers structuren onder het oppervlak zichtbaar maken, wat het potentieel voor toekomstige biomedische toepassingen illustreert.
“Onze technologie opent een nieuwe weg naar zelfaangedreven nabij-infraroodbeeldvorming ook bij erg lage lichtintensiteiten. Ze kan toekomstige monitoringsystemen betaalbaarder en eenvoudiger inzetbaar maken, bijvoorbeeld op landbouwbedrijven, in bossen, of rond afgelegen infrastructuur”, zegt medeprojectleider prof. dr. Koen Vandewal.
foto: infrarood details worden zichtbaar op biljet 20€.
Het onderzoek is gepubliceerd in Communications Materials, een toonaangevend internationaal tijdschrift binnen de materiaalwetenschappen. Deze studie werd gefinancierd door het Fonds Wetenschappelijk Onderzoek – Vlaanderen (FWO) via de beurzen 12AOC24N, 1266923N, 1284623N, G0A2Q24N en G0D1521N en door de European Research Council (ERC) via beursnummers 864625 en 101137675.