ÚC – Một loại thấu kính hiệu suất cao dành cho camera hồng ngoại, được phát minh bởi các nhà khoa học tại đại học Flinders (Flinders university), đang trở thành lựa chọn bền vững với chi phí thấp hơn cho các ngành công nghiệp sử dụng camera nhiệt. Các lĩnh vực ứng dụng bao gồm an ninh và giám sát, y tế, kỹ thuật điện, điện tử, quốc phòng và xe tự lái.

Các nguyên liệu thô được sử dụng để chế tạo thấu kính polymer lưu huỳnh, và thấu kính này được lắp vào camera nhiệt FLIR Lepton 3.5 LWIR bằng một giá đỡ in 3D

Theo nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Nature Communications, loại thấu kính hình ảnh nhiệt hồng ngoại mới được làm từ lưu huỳnh cùng các vật liệu sẵn có với giá thành thấp. Sự cải tiến này giúp thay thế nhu cầu sử dụng thấu kính truyền thống vốn phụ thuộc vào các nguyên tố có chi phí cao như silicon và germanium (*), một vật liệu rất khó tìm nguồn cung.
(*) Germanium: một nguyên tố hóa học thuộc nhóm á kim (metalloid), có ký hiệu là Ge. Đây là nguyên tố có đặc tính trung gian giữa kim loại và phi kim, cho phép kiểm soát dòng điện trong các linh kiện điện tử.

Camera nhiệt với khả năng phát hiện ánh sáng hồng ngoại phát ra từ các vật thể nóng, đang ngày càng mở rộng trong nhiều ứng dụng thực tiễn và công nghệ tiên tiến, từ phát hiện hỏa hoạn, giám sát động vật hoang dã, các tính năng hỗ trợ lái xe hoặc chức năng tự động lái của ô tô, cho đến các thiết bị gia dụng thông minh tiết kiệm năng lượng.

Giáo sư Justin Chalker, tác giả chính và giám đốc dự án từ trường khoa học và kỹ thuật thuộc đại học Flinders, chia sẻ: “Khi nhu cầu tăng về hình ảnh nhiệt trong các sản phẩm tiêu dùng, nhu cầu về các linh kiện quang học chi phí thấp cũng ngày càng cao. Thấu kính polymer của nhóm nghiên cứu cung cấp một giải pháp thay thế bền vững hơn cho các vật liệu vốn có giá thành cao như germanium, silicon hay thủy tinh chalcogenide” (chalcogenide glass) (*).
(*) Chalcogenide glass: là một loại thủy tinh đặc biệt được tạo thành từ các nguyên tố chalcogen như lưu huỳnh (S), selen (Se) hoặc tellurium (Te), thường kết hợp với các nguyên tố khác như germanium (Ge), asen (As), hoặc Atinomy (Sb). Khác với thủy tinh thông thường được làm từ Silica (SiO2), chalcogenide glass có cấu trúc vô định hình dựa trên các nguyên tố chalcogenide nên có những tính chất quang học đặc biệt.

Loại polymer mới có thể được đúc khuôn như nhựa, một khả năng then chốt phục vụ cho sản xuất hàng loạt, và được chế tạo từ lưu huỳnh tự nhiên giá rẻ, dồi dào cùng một loại vật liệu đồng trùng hợp hữu cơ (*). Giáo sư Chalker chia sẻ thêm rằng, hàng triệu tấn lưu huỳnh dư thừa được tạo ra mỗi năm, và mục tiêu của dự án là chuyển đổi phụ phẩm dồi dào này từ quá trình lọc dầu thành các vật liệu có giá trị gia tăng và công nghệ bền vững.
(*) Đồng trùng hợp hữu cơ (organic copolymer/co-monomer material): là quá trình trùng hợp đồng thời hai hoặc nhiều loại monomer hữu cơ khác nhau để tạo ra một loại polymer duy nhất (copolymer). Vật liệu này kết hợp các tính chất ưu việt của từng monomer, tạo ra polymer có độ bền, độ dẻo, nhiệt độ nóng chảy và khả năng ứng dụng vượt trội so với homopolymer.

Giáo sư Chalker nói rằng: “Nguyên liệu thô được sử dụng để chế tạo thấu kính này có thể có giá chưa đến 1 cent (tương đương 0,01 USD) cho mỗi đơn vị, vì vậy nó đại diện cho một giải pháp thay thế hiệu quả cao về chi phí và có tính cạnh tranh tốt cho thị trường camera và cảm biến nhiệt”.

Phản ứng chính được sử dụng để tạo ra polymer (hình trên), các thấu kính và phôi được làm từ polymer (hình dưới)

Tiến sĩ Samuel Tonkin, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết thêm rằng những tiến bộ mới nhất của loại thấu kính này sẽ mở rộng sức hút và khả năng ứng dụng trong các sản phẩm tiêu dùng như: camera hồng ngoại trên điện thoại thông minh, thiết bị dò hỏa hoạn, công nghệ hỗ trợ lái xe giúp phát hiện người đi bộ và động vật vào ban đêm, cũng như các loại máy điều hòa tiết kiệm năng lượng vốn đang ngày càng phụ thuộc vào hình ảnh nhiệt.

Tiến sĩ Tonkin tại đại học Flinders, chia sẻ: “Khi hình ảnh nhiệt ngày càng phổ biến trong các sản phẩm tiêu dùng, nhu cầu về các linh kiện quang học giá thành thấp cũng tăng theo. Công nghệ tiên phong này của đại học Flinders đã giải quyết các thách thức đó nhờ đặc tính chi phí thấp, bền vững, có thể sửa chữa và tái chế”. 

Tiến sĩ Tonkin nói rằng: “Thời gian để chế tạo loại thấu kính này nhanh hơn so với các vật liệu giá thành cao như germanium, vốn mất nhiều thời gian cho các quy trình phay cắt và không thể sửa chữa nếu bị hư.”

Nhóm nghiên cứu đã phối hợp với các cộng sự tại cơ quan NASA (National aeronautics and space administration) để định hướng việc sử dụng vật liệu này trong các ứng dụng hình ảnh liên quan đến khoa học hành tinh.

Để xem các tin bài khác về “Thấu kính”, hãy nhấn vào đây.

 

Nguồn: Electronics Online