Flexibler Terahertzscanner

An Flughäfen wird die Kleidung von Passagieren mit mannshohen Terahertzscannern auf Waffen und andere verborgene Gegenstände durchleuchtet. Viel kleiner und dazu noch flexibel ist ein neuer Terahertzdetektor, den Wissenschaftler nun entwickelt haben. Wie sie in der Fachzeitschrift „Nature Photonics“ berichten, basieren die ersten Prototypen auf mehreren Arealen aus Kohlenstoffnanoröhrchen. Erste Aufnahmen zeigten eine hohe Empfindlichkeit für Terahertzstrahlung. Die Forscher sehen mögliche Anwendungen ihrer Terahertzdetektoren für das Aufspüren von Materialfehlern und in Zukunft auch für die Kontrolle von Körperfunktionen.

Prototyp eines flexiblen Terahertzscanners aus Kohlenstoffnanoröhrchen.
Flexibler Terahertzscanner

„Mit unseren Scannern können Terahertzbilder 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: Wurden diese durch Terahertzstrahlung etwas aufgewärmt, entstand ein elektrischer Strom. Aus diesen Strommessungen mehrerer Detektorabschnitte erhielten die Forscher erste Aufnahmen von mit Papier abgedeckten Metallteilen oder auch von einer Hand.

Für ihre Detektoren deponierte das Team zuerst ein Netzwerk aus Kohlenstoffnanoröhrchen auf einer etwa DIN-A3-großen Unterlage. Diese Schicht zerschnitten die Forscher um Kawano in kleine, etwa fünfzig Quadratmillimeter kleine Stücke und versahen die Nanoröhrchen an zwei Enden mit Elektroden aus Gold, Silber, Nickel oder Titan. Mit mehreren solcher Sensoren fing die Gruppe anschließend Strahlung verschiedener Frequenzen zwischen 0,14 und 39 Terahertz auf, die sie mit mehreren Lasern erzeugt hatte. Wurde nun eine unter einem Blatt Papier verborgene Büroklammer der Strahlung ausgesetzt, absorbierte sie diese wegen ihrer guten Wärmeleitfähigkeit. Die restliche Terahertzstrahlung traf auf die aufgelegten Nanoröhrchendetektoren und wärmte diese etwas auf. Aus den dadurch über den thermoelektrischen Effekt erzeugten elektrischen Strömen erhielten die Forscher ein Abbild der verborgenen Büroklammer.

Auch ohne Laser als Terahertzquelle lassen 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 günstige, kleine und vor allem biegsame Terahertzscanner entwickelt werden können. Kawano und Kollegen sind davon überzeugt, dass diese Scanner schnell und unkompliziert Risse oder Materialfehler von beliebigen Produkten oder sogar Zähnen aufspüren können. Prinzipiell ließen sie sich in einem Sensorarmband auch für die Kontrolle von Körperfunktionen, die einen Einfluss auf die ausgesendete Terahertzstrahlung haben, einsetzen.