Ultra-Low-Density Carbon Nanotube Aerogel Film for Fast and Sensitive Bolometric Sensing

响应度 材料科学 碳纳米管 热辐射计 光电子学 气凝胶 黑体辐射 红外线的 热导率 热扩散率 纳米技术 光学 光电探测器 辐射 探测器 复合材料 物理 量子力学
作者
Yuanhong Huang,Lujie Wei,Tingting Chen,Tianhang Xu,Yi Cai,Yayi Guo,Yangsu Xie
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (9): 12137-12145
标识
DOI:10.1021/acsami.2c20099
摘要

In various applications, infrared (IR) detectors with quick responses and high sensitivity at room temperature are essential. This work synthesizes carbon nanotube aerogel films (CAFs) with an ultra-low density of 1.33 mg cm-3. Transient electrothermal (TET) technology is used to characterize the thermal and electrical transport of CAFs in the temperature range of 320 to 10 K. CAF has record-low thermal conductivity (2.5 mW m-1 K-1 at 320 K) and thermal diffusivity (2.24 × 10-6 m2 s-1 at 320 K) in vacuum. The TCR of CAF is -0.11%/K at 295 K, which is 57% higher than that of the MWCNT films. In addition, the comprehensive bolometric performance of carbon nanotube aerogels is tested and analyzed, including the photothermal response, resistivity responsivity, and response time to lasers of a broad spectrum from ultraviolet to near-infrared. The relative responsivity of CAF to lasers of different wavelengths is found to be consistent. The response time of CAF with 200 μm suspended length is measured to be as short as 2.95-3.03 ms (framing rate of 330-339 per second). In addition, the resistive response of the CAF sample to a blackbody radiator and the radiation of the human hand also shows good sensitivity and repeatability. These results demonstrate the promising application of CAF as a sensitive and fast-response uncooled bolometer.
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