红外视力 红外线的波长和强度被转换为可见光中的颜色。人眼无法感知光谱中的红外部分，因为红外光子的能量不足以触发我们光感细胞内部的信号通道。但我们能够制造设备，使我们能对红外线发生的情况进行可视化。北京理工大学的一个团队，由唐欣和穆戈领导，现在构建了一种设备，让人们以新方式看见红外线。与标准夜视 goggles 只是将红外线转换为可见的绿色阴影不同，该设备将不同的红外波长转换为可见光谱的不同部分，从而使眼睛更接近自然视力。研究人员通过结合汞碲胶体量子点（吸收红外光）和双层 OLED（将吸收的能量转换为可见颜色）来实现这一点。通过将它们以正确的内部布线叠加在一起，进入的红外辐射从另一侧以普通外观、全彩图像的形式出现。不可见光 视觉始于光子撞击视网膜中的光敏色素，并使其形状发生变化。这改变了色素嵌入的蛋白质，启动了一种神经冲动，最终形成脑中的图像。启动这一切的分子形状变化需要最少的能量，大约为 1.6 个电子伏特；波长超过 700 纳米的红外光子则没有足够的能量做到这一点。因此，太阳辐射能的一半多都不在我们的视觉范围内，以及任何发射或反射热量而不是可见光的物体。绝大多数现有的可见红外设备使用 IR 光电探测器与可见光 LED 连接。这种方法使红外光可见，但仅作为亮度：较温暖的物体发光稍多，较冷的物体发光稍少，并且我们将它们都表现为同一种（通常为绿色）的颜色。这种方法的一个问题是，人眼在区分微妙的色调差异方面远比在识别亮度差异方面要好得多，因此仅调节亮度的设备使眼睛的大部分敏感性未被利用。唐的团队找到的解决方案从红外光是如何被记录的开始。选择性量子点 批量半导体在红外探测器中常规使用，具有连续的能量带，这意味着它们吸收广泛、未加区别的红外光谱。这并没有保存有关到达的特定波长的多少信息。中国团队为其设备选择的汞碲胶体量子点的表现有所不同。由于其微小的尺寸，约 4 纳米，量子限制将其能级分解为离散步骤，而不是一个连续的块。不同红外波长和强度的光子激发不同的电子跃迁，使电子在量子点内在离散的能级之间移动，而不是仅仅产生更多或更少的单一信号。在大约 2 微米的波长下，团队测试的最长波长，入射光子恰好足够能量使电子越过量子点的基本带隙，从而产生适量的电荷载体，既可以是负电荷电子，也可以是随量子点移动的正电荷空穴。在较短的红外波长下，光子每个粒子携带更多的能量，并且它们可以进入量子点内部的其他更高能量的电子跃迁。在某些情况下，载体中的过剩能量足以在每个光子中释放出多个电子-空穴对。这些过程为生成电荷载体打开了额外的通道。其效果是，较短的红外波长和更强烈的红外光将更多正电荷的空穴推出量子点层，朝向设备的 OLED 侧。但从探测器中获取与红外光波长和强度有关的可变数量的空穴仅是问题的一半。另一个问题是将此信号转换为另一侧的彩色图像。障碍 团队通过构建 OLED，其中两个分开的发射层叠加在一起以解决此问题。一层更接近空穴进入的位置，掺杂了发出红光的荧光粉。另一层位置更远，掺杂了发出青光的荧光粉。使全彩视觉工作的重要组成部分是这两层之间约 0.82 个电子伏特的能量障碍。当由于照明不足或长波长光子而导致从红外探测器到达只少量空穴时，它们都被红层捕获，设备发出低亮度的红光。随着到达的空穴数量增加，无论是因为红外光更亮，还是因为它包含较短波长，量子点中的额外载体生成路径也随之增加。