日本京都工艺纤维大学材料化学系的野野口斐之副教授、山雄健史教授、稻田雄飞助教，中央大学理工学部的河野行雄教授、李恒助教等人，与国立研究开发法人产业技术综合研究所（AIST）传感技术研究部门合作发表研究成果称，成功开发出了一种采用具备不同电学特性的p型（导电载流子主要为空穴）与n型（导电载流子主要为电子）的半导体碳纳米管（CNT）高灵敏度红外传感器。由于可利用能穿透衣物和塑料的红外光实现内部结构的非破坏性观察，该传感器有望广泛应用于安全检查、品质管理、医疗诊断、新一代通信等多个领域。相关研究成果已发表在《Small Structures》的2月2日刊上。
图1. 红外线检测器的工作原理（供图：京都工艺纤维大学）
红外光具有穿透许多有机材料的特性，但由于其能量较低，要实现高灵敏度检测通常需要冷却，因此，开发低成本且易于使用的传感器一直是亟待解决的课题。
此次，研究团队高纯度地分离出半导体单层碳纳米管，并进一步将其组合成由化学方法控制为电性质不同的p型和n型薄膜。
此次开发的传感器，其工作原理为红外光通过碳纳米管中电子的集体振动（等离激元共振，即具有强烈吸收特定光并转化为热能的性质）被高效吸收并转化为热能，导致局部温度升高；然后利用将这种温差转换为电信号的“热电效应”进行工作。与既往含金属型碳纳米管的材料相比，灵敏度提升了约11倍。
该成果被认为得益于半导体碳纳米管优异的热电性能（将热能转化为电能的能力），以及其通过等离激元共振强烈吸收红外光并高效升温的特性。
此外，研究还发现，通过化学掺杂处理，可减少热量散失，从而产生更大的温度差。
研究团队表示，同时调控等离激元共振、热电性能、掺杂这三种特性，是实现传感器高灵敏度的关键。
今后，研究团队将面向未来可穿戴器件等实际社会应用，持续推进相关的应用研究。
未来将推进产学合作与应用拓展
野野口副教授表示：“本研究通过采用半导体碳纳米管，实现了无需冷却的高灵敏度红外检测。由于能够获得高电压输出，未来有望推动检测器件的小型化与便携化。今后，我们将在推进产学合作的同时，以大学为主体，持续致力于实现更高灵敏度与更广泛的应用拓展。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Small Structures
论文：Synergistic Plasmonic-Thermoelectric Enhancement in Semiconducting Carbon Nanotubes for Infrared Light Detection
DOI：10.1002/sstr.202500834
