俄羅斯斯科爾科沃理工學院（Skoltech）研究人員成功研制基于單壁碳納米管（SWCNT）的新型紅外傳感器，可在室溫下實現(xiàn)寬譜段（可見光—遠紅外—太赫茲）高靈敏度探測，無需傳統(tǒng)制冷模塊。該技術(shù)有望大幅縮減熱成像相機、非接觸式醫(yī)用體溫計及工業(yè)氣體泄漏檢測儀的尺寸與功耗，降低終端設(shè)備制造成本。

室溫寬譜探測突破冷卻依賴

當前主流中遠紅外傳感器分為光子型與熱型兩類：前者以碲鎘汞（MCT）、量子阱等半導體材料為主，靈敏度高但必須在液氮或斯特林制冷機條件下工作，導致系統(tǒng)體積大、功耗高、成本貴；后者如微測輻射熱計（bolometer）雖可室溫運行，卻受限于熱噪聲——環(huán)境熱量隨機擾動電子，造成信噪比低、測量誤差大。斯科爾科沃團隊瞄準這一瓶頸，放棄傳統(tǒng)材料路徑，轉(zhuǎn)而利用單壁碳納米管的本征半導體特性構(gòu)建新型熱釋電光電晶體管結(jié)構(gòu)。

其核心設(shè)計是將單壁碳納米管薄膜集成于鉭酸鋰（LiNbO?）基底上。當紅外輻射被鉭酸鋰吸收后，材料溫度變化引發(fā)自發(fā)極化電場，該電場作用于納米管網(wǎng)絡，使其電阻發(fā)生劇烈變化——實測信號增幅達石墨烯同類器件的10?–10?倍。這種‘熱→電場→電阻調(diào)制’的三級響應機制，使器件兼具寬譜吸收能力與超高信噪比，特定探測率（D*）逼近非制冷熱探測器理論極限。

材料工藝雙突破保障性能落地

性能躍升不僅源于材料替換，更依賴納米管本體質(zhì)量與轉(zhuǎn)移工藝的協(xié)同優(yōu)化。團隊采用氣溶膠化學氣相沉積法（aerosol CVD）在實驗室原位合成單壁碳納米管，通過硝化纖維素濾膜捕獲，再經(jīng)異丙醇輔助毛細轉(zhuǎn)移法將其完整轉(zhuǎn)移到鉭酸鋰晶圓表面。電鏡與原子力顯微鏡分析證實，所得納米管長度均勻、缺陷密度極低，且轉(zhuǎn)移過程未引入褶皺、斷裂或污染——這直接決定了器件電阻調(diào)制動態(tài)范圍與長期穩(wěn)定性。

相較石墨烯零帶隙導致電導難以調(diào)控的物理局限，單壁碳納米管作為半導體材料具有可調(diào)帶隙，使其在弱電場下即可實現(xiàn)載流子濃度的指數(shù)級變化。研究團隊指出，正是這種類似場效應晶體管的‘開關(guān)’特性，使納米管網(wǎng)絡對鉭酸鋰產(chǎn)生的微弱熱釋電場產(chǎn)生強響應，而非單純依賴熱膨脹或電阻溫度系數(shù)（TCR）等線性效應。該機制也解釋了為何器件能同時覆蓋從可見光到太赫茲的超寬譜段：不同直徑的納米管對應不同帶隙，天然形成多通道響應陣列。

該成果已發(fā)表于《光電子前沿》（Opto-Electronic Advances）期刊，DOI編號為10.29026/oea.2026.260019，論文明確標注實驗驗證波段涵蓋0.4–100 μm，響應時間目前受鉭酸鋰晶片厚度制約，團隊正通過減薄晶片加速熱響應，目標將幀率提升至視頻級（≥30 Hz）。

直擊工業(yè)與醫(yī)療場景小型化痛點

在工業(yè)安全領(lǐng)域，現(xiàn)有氣體泄漏紅外檢測儀多依賴傅里葉變換紅外光譜（FTIR）或可調(diào)諧二極管激光吸收光譜（TDLAS），設(shè)備體積常達機箱級，需固定安裝或車載部署。新傳感器可集成至手持式巡檢儀或無人機載荷，實時識別甲烷、六氟化硫等特征吸收氣體，適用于石化廠、LNG接收站及電網(wǎng)變電站的日常巡檢。在醫(yī)療場景，非接觸式額溫槍與耳溫計受限于熱電堆傳感器靈敏度，測量精度易受環(huán)境氣流與距離波動影響；而該納米管器件信噪比提升4–5個數(shù)量級，有望支持毫米級距離穩(wěn)定測溫，并兼容柔性基底實現(xiàn)可穿戴貼片式體溫連續(xù)監(jiān)測。

對消防與建筑檢測而言，傳統(tǒng)熱成像儀因制冷模塊占位，難以嵌入消防頭盔或微型機器人。新方案取消低溫部件后，光學系統(tǒng)可壓縮至信用卡尺寸，配合低成本鍺透鏡即可實現(xiàn)256×192分辨率成像，滿足狹小空間火源定位與保溫層空鼓檢測需求。值得注意的是，俄羅斯本土已啟動該技術(shù)向工業(yè)傳感器廠商的專利許可談判，首批樣品計劃2025年Q3交付測試，量產(chǎn)節(jié)點尚未公布，但明確要求合作方具備潔凈室級納米薄膜轉(zhuǎn)移產(chǎn)線能力。

對中國B2B采購與制造商而言，該技術(shù)路徑提示兩條務實關(guān)注方向：一是評估現(xiàn)有紅外傳感器供應鏈中鉭酸鋰晶片與單壁碳納米管薄膜的國產(chǎn)替代可行性——國內(nèi)已有數(shù)家CVD納米管中試線（如蘇州納智捷、深圳烯灣科技）可提供百克級高純度SWCNT分散液，而鉭酸鋰晶片在福建福晶、山東天岳等企業(yè)已有成熟供應；二是警惕未來3–5年國際熱成像模組規(guī)格可能向‘無制冷’標準演進，提前布局適配新型探測器的光學設(shè)計（如抗反射鍍膜波段拓寬）與信號處理算法（需應對更高動態(tài)范圍數(shù)據(jù)流）。當前進口熱電堆芯片單價約8–12美元，若該納米管方案量產(chǎn)成本控制在5美元以內(nèi)，將直接沖擊中低端工業(yè)測溫模組市場。