红外摄像机制造商面临着一个日益严峻的问题：如今红外探测器中的有毒重金属正日益受到环境法规的禁止，迫使企业在性能和合规性之间做出选择。这种监管压力正在减缓红外探测器在民用领域的广泛应用，而与此同时，自动驾驶汽车、医学成像和国家安全等领域的需求却在不断增长。

据外媒报道，纽约大学坦登工学院（NYU Tandon School of Engineering）的研究人员揭示了一种潜在的解决方案，该方案利用环保的量子点来探测红外光，而无需依赖汞、铅或其他受限材料。相关研究论文发表于期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》。

图片来源： 纽约大学坦登工学院

研究人员使用胶体量子点，颠覆了红外探测器古老、昂贵且繁琐的加工工艺。传统器件的制造过程缓慢而精密，几乎需要将原子逐个放置在探测器的像素上——就像在显微镜下逐块组装拼图一样。

胶体量子点完全在溶液中合成，更像调制墨水，并且可以使用类似于包装或报纸卷对卷制造中使用的可扩展涂层技术进行沉积。这种从繁琐的组装到基于溶液的加工的转变，极大地降低了制造成本，并为广泛的商业应用打开了大门。

“该行业正面临一场‘完美风暴’：环境法规日益严格，而红外成像需求却呈现爆炸式增长，”纽约大学坦登工学院化学与生物分子工程系（CBE）副教授、该研究的资深作者Ayaskanta Sahu表示。“这给试图扩大热成像系统产量的公司带来了真正的瓶颈。”

研究人员面临的另一个挑战是使量子点墨水具有足够的导电性，以便传递入射光信号。他们使用一种名为溶液相配体交换的技术实现了这一目标，该技术可以调整量子点表面化学性质，从而提升电子设备的性能。与通常会留下开裂或不平整薄膜的传统制造方法不同，这种基于溶液的工艺只需一步即可获得光滑均匀的涂层，非常适合大规模生产。

由此产生的器件展现出卓越的性能：它们对红外光的响应时间可达微秒级（相比之下，人眼眨眼的速度要慢数百倍），并且能够探测到微弱至纳瓦的光信号。

“令我兴奋的是，我们可以将一种长期以来被认为难以用于实际器件的材料进行改造，使其更具竞争力，”该研究的主要作者、研究生研究员Shlok J. Paul说道。“随着时间的推移，这种材料有可能在红外光谱的更深层发出光芒，而目前很少有材料能够胜任这样的任务。”

这项研究为同一批主要研究人员先前利用银纳米线开发新型透明电极的研究增添了新的内容。这些电极在高效收集电信号的同时，对红外光保持高度透明，解决了红外摄像系统的一个组件的问题。

结合他们早期的透明电极研究成果，这些进展解决了红外成像系统的两个主要组件。量子点提供符合环境要求的传感能力，而透明电极则负责信号的收集和处理。

这种组合解决了大面积红外成像阵列的挑战，这些阵列需要在广阔区域内进行高性能探测，并从数百万个独立的探测器像素中读取信号。透明电极允许光线到达量子点探测器，同时提供信号提取的电通路。

Sahu表示：“特斯拉或智能手机上的每个红外摄像头都需要符合环保标准且经济高效的探测器。我们的方法可以帮助这些技术更容易普及。”

在某些测量中，其性能仍然不及最好的重金属探测器。然而，研究人员预计，量子点合成和器件工程的持续进步可以缩小这一差距。