用于薄膜的大样本分析的系统和方法
阅读：962发布：2020-05-08
专利汇可以提供用于薄膜的大样本分析的系统和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且方法的示例包括将大面积 薄膜 相对于空间非扫描红外(IR) 辐射 源维持在预定 角 度处。大面积薄膜反射红外辐射并且大面积薄膜的至少一部分是导电的。预定角度选自约0°至约45°的角度范围。方法的示例包括：在将大面积薄膜维持在预定角度的同时，利用来自空间非扫描红外辐射源的红外辐射直接照射大面积薄膜，并且通过红外成像系统，对来自大面积薄膜的经反射的红外辐射进行热成像，该红外成像系统具有相对于大面积薄膜以固定角度 定位 的光轴。固定角度选自在从约0°至约45°的范围内的角度。，下面是用于薄膜的大样本分析的系统和方法专利的具体信息内容。
1.一种方法，包括：
将大面积薄膜相对于空间非扫描红外(IR)辐射源维持在预定角度处，其中：
所述大面积薄膜反射红外辐射，并且所述大面积薄膜的至少一部分是导电的；并且所述预定角度选自在从约0°至约45°的范围内的角度；
在将所述大面积薄膜维持在所述预定角度处的同时，利用来自所述空间非扫描红外辐射源的红外辐射直接照射所述大面积薄膜；以及
通过红外成像设备，对来自所述大面积薄膜的经反射的红外辐射进行热成像，所述红外成像设备具有相对于所述大面积薄膜成固定角度定位的光轴，其中所述固定角度选自在从约0°至约45°的范围内的角度。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
从由所述红外成像设备生成的热图像中，标识所述大面积薄膜的均匀厚度区域，其中膜厚度在预定的均匀厚度范围内；
从由所述红外成像设备生成的所述热图像中，标识所述大面积薄膜中的不均匀厚度区域，其中所述膜厚度不在所述预定的均匀厚度范围内；或者
上述两者的组合。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括：基于所述预定角度和所述大面积薄膜的物体宽度，选择所述红外辐射源的IR源宽度。
4.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述大面积薄膜具有在从约6.5平方厘米至约8平方米的范围内的表面面积；并且所述大面积薄膜是单层的或具有高达约10μm的膜厚度。
5.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述大面积薄膜被沉积在对可见光透明的衬底上；
所述大面积薄膜对可见光也是透明的；并且
在由所述红外成像设备生成的热图像中，所述大面积薄膜能够与所述衬底区分开。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述大面积薄膜选自由以下各项组成的组：聚(3,
4-乙烯二氧噻吩)聚磺苯乙烯、聚吡咯、聚苯胺及其组合。
7.一种方法，包括：
将具有大面积薄膜的样本相对于空间非扫描红外(IR)辐射源维持在具有约0°的预定角度的预定位置处，其中：
所述大面积薄膜反射红外辐射，并且所述大面积薄膜的至少一部分是导电的；并且所述红外辐射源的IR源宽度是所述大面积薄膜的物体宽度的至少两倍；
在将所述样本维持在所述预定角度处的同时，利用来自所述空间非扫描红外辐射源的红外辐射直接照射所述大面积薄膜；以及
通过所述空间非扫描红外辐射源中的孔，由红外成像系统从来自所述大面积薄膜的经反射的红外辐射中生成光学图像，所述红外成像系统被定位为通过所述孔来接收所述经反射的红外辐射。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述大面积薄膜的表面面积与所述孔的孔面积之比大于1。
9.根据权利要求7所述的方法，还包括：
从由所述红外成像系统生成的热图像中，标识所述大面积薄膜的均匀厚度区域，其中膜厚度在预定的均匀厚度范围内；
从由所述红外成像系统生成的所述热图像中，标识所述大面积薄膜中的不均匀厚度区域，其中所述膜厚度不在所述预定的均匀厚度范围内；或者
上述两者的组合。
10.根据权利要求7所述的方法，其中：
所述大面积薄膜具有在从约6.5平方厘米至约8平方米的范围内的表面面积；并且所述大面积薄膜是单层的或具有高达10μm的膜厚度。
11.根据权利要求7所述的方法，其中：
所述大面积薄膜被沉积在对可见光透明的衬底上；
所述大面积薄膜对可见光也是透明的；并且
在由所述红外成像系统生成的热图像中，所述大面积薄膜能够与所述衬底区分开。
12.根据权利要求7所述的方法，其中所述大面积薄膜选自由以下各项组成的组：聚(3,
4-乙烯二氧噻吩)聚磺苯乙烯、聚吡咯、聚苯胺及其组合。
13.根据权利要求7所述的方法，还包括：
将所述样本相对于所述空间非扫描红外辐射源重新定位在其他预定位置处；
由所述红外成像系统从来自所述大面积薄膜的经反射的红外辐射中生成其他光学图像，所述红外成像系统被定位为通过所述孔来接收所述经反射的红外辐射；以及将所述光学图像与所述其他光学图像进行组合，以形成组合图像。
14.根据权利要求13所述的方法，其中将所述光学图像与所述其他光学图像进行组合包括：将所述光学图像与所述其他光学图像数字地拼接在一起，以生成所述大面积薄膜的完整图像。
15.根据权利要求7所述的方法，还包括：执行背景校正，以校正由所述红外成像系统生成的热图像，其中所述背景校正针对来自所述空间非扫描红外辐射源的强度降低的红外辐射的区域来校正所述热图像，来自所述空间非扫描红外辐射源的所述强度降低的红外辐射的区域是由于所述空间非扫描红外辐射源中的所述孔而导致的。
16.一种红外成像系统，包括：
样本台，所述样本台用于保持大面积薄膜，其中所述大面积薄膜反射红外辐射并且包括导电的部分；
空间非扫描红外(IR)辐射源，相对于所述样本台以约0°的角度被定位，所述空间非扫描红外辐射源具有：
孔，所述孔被限定为穿过所述空间非扫描红外辐射源；以及
IR源宽度，所述IR源宽度是所述大面积薄膜的物体宽度的至少两倍；以及红外成像设备，被定位为通过所述孔来接收从所述大面积薄膜反射的红外辐射。
17.根据权利要求16所述的红外成像系统，还包括风扇，所述风扇被定位为在所述红外成像系统的操作期间对所述大面积薄膜进行冷却。
18.根据权利要求16所述的红外成像系统，其中所述空间非扫描红外辐射源包括：
电加热垫，具有可加热表面；
导热片，与所述可加热表面接触；以及
涂层，被设置在所述导热片上，所述涂层具有面向所述样本台的IR辐射发射表面，所述涂层具有至少0.5的发射率。
19.根据权利要求18所述的红外成像系统，其中：
所述导热片是铝、铜、铸铁、黄铜、钢或其组合；并且
所述涂层是有机硅涂层。
20.根据权利要求16所述的红外成像系统，其中所述红外成像设备是数字红外相机。
用于薄膜的大样本分析的系统和方法
[0001] 相关申请的交叉引用
背景技术
[0003] 透明膜是某些电子设备的操作组件，这些电子设备包括液晶显示器(LCD)、光伏电池、有机发光二极管(OLED)、触摸屏和数字流体设备。透明膜的一些示例的操作性质可以与透明膜的质量、均质性和/或厚度有关。为了确保透明膜在指定范围内可操作，可以执行自动检查。可以通过试验最终产品来检查组件；但是，在应用透明膜后不久的生产过程中检查透明膜可能发现生产质量问题，然后再对不在指定范围内的透明膜的部件执行附加的生产步骤。在某些情况下，这些透明膜的透明性可能使得对操作性质的快速评估变得难以评估。具有较大面积的透明膜样本、具有较薄的透明膜的样本以及当将透明膜沉积在同样透明的衬底上时，可能增加评估的难度。
[0004] 彩色图
[0006] 本文所公开的方法的一个示例包括将大面积薄膜相对于空间非扫描红外(IR)辐射源维持在预定角度处。大面积薄膜反射红外辐射，并且大面积薄膜的至少一部分是导电的。预定角度选自在从约0°至约45°的范围内的角度。方法的示例包括：在将大面积薄膜保持在预定角度处的同时，利用来自空间非扫描红外辐射源的红外辐射直接照射大面积薄膜，并且通过红外成像系统，对来自大面积薄膜的经反射的红外辐射进行热成像，该红外成像系统具有相对于大面积薄膜成固定角度的光轴。固定角度选自在从约0°至约45°的范围内的角度。
[0007] 本文所公开的方法的另一示例包括：将具有大面积薄膜的样本相对于空间非扫描红外辐射源维持在具有约0°的预定角度的预定位置处。大面积薄膜反射红外辐射，并且大面积薄膜的至少一部分是导电的。红外辐射源的IR源宽度是大面积薄膜的物体宽度的至少两倍。方法的示例包括，在将样本维持在预定角度处的同时，利用来自空间非扫描红外辐射源的红外辐射直接照射大面积薄膜。方法的示例还包括：通过空间非扫描红外辐射源中的孔，由红外成像系统从来自大面积薄膜的经反射的红外辐射中生成光学图像，该红外成像系统被定位为通过孔来接收经反射的红外辐射。
[0008] 本文所公开的红外成像系统的一个示例包括用于保持大面积薄膜的样本台。大面积薄膜反射红外辐射并且包括导电的部分。空间非扫描红外辐射源相对于样本台以约0°的角度被定位。空间非扫描红外辐射源具有穿过该空间非扫描红外辐射源限定的孔。空间非扫描红外辐射源还具有IR源宽度，IR源宽度是大面积薄膜的物体宽度的至少两倍。红外成像系统被定位为通过孔来接收从大面积薄膜反射的红外辐射。
附图说明
[0009] 通过参考下面的详细描述和附图，本公开的示例的特征将变得显而易见，在附图中，相同的附图标记对应于相似但可能不相同的组件。为了简洁起见，具有先前描述的功能的附图标记或特征可以结合或可以不结合出现它们的其他附图来描述。
[0010] 图1是根据本公开的红外成像系统的示例的立体前视图；
[0011] 图2是具有如本文所公开的射线迹线的图1所描绘的红外成像系统的示例的各部分的示意性前视图；
[0012] 图3是如本文所公开的红外成像系统的另一示例的示意性前视图；
[0013] 图4是描绘示例理想朗伯型漫射体的输出射线迹线的示意图；
[0016] 图5C是用于与工作示例1进行比较的、其上沉积有150nm厚的PEDOT:PSS的塑料衬底的明视场显微图；
[0017] 图5D是由本文所公开的工作示例1生成的、具有沉积在来自电润湿系统盒的顶板上的150nm厚的PEDOT:PSS的样本的伪彩色热图像；
[0019] 图7是根据本公开的示例的使用工作示例2分析的具有高PEDOT:PSS密度的样本的伪彩色图像；
[0020] 图8是根据本公开的示例的使用工作示例2分析的具有高PEDOT:PSS密度的样本的伪彩色图像；
[0021] 图9是根据本公开的示例的使用工作示例2分析的样本的伪彩色图像；
[0023] 图11是根据本公开的示例的使用工作示例2确定的红外反射率与电阻的倒数(电导)的关系图；
[0024] 图12是组合表和水平条形图，其描绘了根据本公开的示例的使用工作示例2的可变性量表研究中变化的相对影响因素；
[0025] 图13是用于检测涂层变化和衬底表面缺陷的根据本公开的示例的使用工作示例2分析的样本的伪彩色图像；
[0026] 图14是根据本公开的示例的使用工作示例2成像的、在来自电润湿系统盒的顶板上的铬层上具有银层的样本的伪彩色图像；
[0027] 图15A是图示了本文所公开的方法的示例的流程图；
[0028] 图15B是图15A的流程图的继续；
[0029] 图16A是图示了本文所公开的方法的示例的流程图；以及
[0030] 图16B是图16A的流程图的继续。
具体实施方式
[0031] 简介
[0032] 在第一方面，方法包括将大面积薄膜相对于空间非扫描红外(IR)辐射源维持在预定角度处，其中：大面积薄膜反射红外辐射并且大面积薄膜的至少一部分是导电的；并且预定角度选自在从约0°至约45°的范围内的角度；在将大面积薄膜维持在预定角度处的同时，利用来自空间非扫描红外辐射源的红外辐射直接照射大面积薄膜；以及通过红外成像系统对来自大面积薄膜的经反射的红外辐射进行热成像，红外成像系统具有相对于大面积薄膜以固定角度定位的光轴，其中固定角度选自在从约0°至约45°的范围内的角度。
[0033] 在第一方面的一个示例中，方法还包括：从由红外成像系统生成的热图像中，标识大面积薄膜的均匀厚度区域，其中膜厚度在预定的均匀厚度范围内；从红外成像系统生成的热图像中，标识大面积薄膜中的不均匀厚度区域，其中膜厚度不在预定的均匀厚度范围内；或上述两者的组合。
[0034] 在该第一方面的另一示例中，方法还包括：基于预定角度和大面积薄膜的物体宽度，选择红外辐射源的IR源宽度。
[0035] 在该第一方面的又一示例中，大面积薄膜具有在约6.5平方厘米到约8平方米的范围内的面积；并且大面积薄膜为单层或具有高达约10μm的膜厚度。
[0036] 在该第一方面的又一示例中，大面积薄膜被沉积在对可见光透明的衬底上；大面积薄膜对可见光也是透明的；并且在由红外成像系统生成的热图像中，大面积薄膜能够与衬底区分开。
[0037] 在该第一方面的又一示例中，大面积薄膜选自以下各项组成的组：聚(3,4-乙烯二氧噻吩)聚磺苯乙烯、聚吡咯、聚苯胺及其组合。
[0038] 应理解，方法的该第一方面的任何特征可以以任何期望的方式和/或配置被组合在一起。
[0039] 在第二方面，方法包括将具有大面积薄膜的样本相对于空间非扫描红外(IR)辐射源维持在具有约0°的预定角度的预定位置处，其中：大面积薄膜反射红外辐射并且大面积薄膜的至少一部分是导电的；并且红外辐射源的IR源宽度是大面积薄膜的物体宽度的至少两倍；在将样本维持在预定角度处的同时，利用来自空间非扫描红外辐射源的红外辐射直接照射大面积薄膜；并且通过空间非扫描红外辐射源中的孔，由红外成像系统从来自大面积薄膜的经反射的红外辐射中生成光学图像，红外成像系统被定位为通过孔来接收经反射的红外辐射。
[0040] 在该第二方面的一个示例中，大面积薄膜的表面面积与孔的孔面积之比大于1。
[0041] 在该第二方面的另一示例中，方法还包括：从由红外成像系统生成的热图像中标识大面积薄膜的均匀厚度区域，其中膜厚度在预定的均匀厚度范围内；从由红外成像系统生成的热图像中，标识大面积薄膜中的不均匀厚度区域，其中膜厚度不在预定的均匀厚度范围内；或上述两者的组合。
[0042] 在该第二方面的又一示例中，大面积薄膜具有在约6.5平方厘米到约8平方米的范围内的面积，并且大面积薄膜是单层的或具有高达约10μm的膜厚度。
[0043] 在该第二方面的又一示例中，大面积薄膜被沉积在对可见光透明的衬底上；大面积薄膜对可见光也是透明的；并且在由红外成像系统生成的热图像中，大面积薄膜能够与衬底区分开。
[0044] 在该第二方面的又一示例中，大面积薄膜选自由以下各项组成的组：聚(3,4-乙烯二氧噻吩)聚磺苯乙烯、聚吡咯、聚苯胺及其组合。
[0045] 在该第二方面的又一示例中，方法还包括：将样本相对于空间非扫描红外辐射源重新定位在其他预定位置处；由红外成像系统从来自大面积薄膜的经反射的红外辐射中生成其他光学图像，红外成像系统被定位为通过孔来接收经反射的红外辐射；以及将光学图像与其他光学图像进行组合，以形成组合图像。在一个示例中，将光学图像与其他光学图像进行组合包括：将光学图像与其他光学图像数字地拼接在一起来生成大面积薄膜的完整图像。
[0046] 在该第二方面的又一示例中，方法进一步包括：执行背景校正，以校正由红外成像系统生成的热图像，其中背景校正针对来自空间非扫描红外辐射源的强度降低的红外辐射的区域来校正热图像，来自空间非扫描红外辐射源的强度降低的红外辐射的区域是由于空间非扫描红外辐射源中的孔而导致的。
[0047] 应当理解，方法的第二方面的任何特征可以以任何期望的方式组合在一起。此外，应理解，可以将方法的第一方面和/或方法的第二方面的特征的任何组合一起使用，和/或这些方面中的一个方面或两个方面的任何特征可以与本文所公开的任何示例组合在一起。
[0048] 在第三方面，红外成像系统包括：样本台，用于保持大面积薄膜，其中大面积薄膜反射红外辐射并且包括导电的部分；空间非扫描红外(IR)辐射源，相对于样本台以约0°的角度定位，空间非扫描红外辐射源具有穿过其中限定的孔和IR源宽度，IR源宽度是大面积薄膜的物体宽度的至少两倍；以及红外成像系统，被定位为通过孔来接收从大面积薄膜反射的红外辐射。
[0050] 在该第三方面的另一示例中，空间非扫描红外辐射源包括：电加热垫，具有发射可加热表面；导热片，与可加热表面接触；以及涂层，被设置在导热片上，涂层具有面向样本台的IR辐射发射表面，涂层具有至少0.5的发射率。在示例中，导热片是铝、铜、铸铁、黄铜、钢或其组合，并且涂层是有机硅涂层。
[0051] 在该第三方面的另一示例中，红外成像系统是数字红外相机。
[0052] 应理解，可以以任何期望的方式将红外成像系统和方法的第三方面的任何特征组合在一起。此外，应当理解，红外成像系统的第三方面和/或方法的第二方面和/或方法的第一方面的特征的任何组合可以一起使用，和/或这些方面中的任何一个或多个方面的任何特征可以与本文所公开的任何示例组合。
[0053] 具体实施方式
[0054] 透明导电膜被用于一些电子设备(例如，LCD、光伏、OLED、触摸屏和数字流体设备)。透明导电膜的透明性可能使得难以使用现有检查技术来评估透明导电膜的操作电特性的快速分析。透明导电膜的操作电特性的一个示例是电导率。
[0055] 在一个示例中，可以将导电聚合物PEDOT:PSS作为透明导电薄膜设置在大型电子设备之上。经测量，PEDOT:PSS的93nm膜的电导率低至0.4西门子/厘米(S/cm)；但是，例如通过添加3％的乙二醇可以提高PEDOT:PSS的电导率。通过与自动电动工作台相结合的光学显微镜来进行的透明导电膜的及时检查和质量分析都是不切实际的，这是因为1)透明导电膜覆盖的大面积，以及2)透明导电膜的高透明度导致视觉检测困难。电子显微镜(例如，透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM))在透明导电膜的分辨率方面可以比光学显微镜更具优势，但是电子显微镜的实用性因大面积成像和分析所需的时间而减少。由于样本制备的要求和材料的不相容性，用于透明导电膜的检查和质量分析的电子显微镜变得不那么实用。此外，电子显微镜所需的设备过于精密，以至于无法针对薄膜表征而实现任何在线制造能力。
[0056] 当电磁辐射入射到物体上时，所有电磁辐射能量都被物体吸收、反射和/或透射。当电磁辐射撞击物体时吸收、反射和透射的电磁辐射能量的量可以表示为入射电磁波中总电磁辐射能量的百分比。材料的以下性质说明了入射电磁波中的能量总量：吸收率(α)、反射率(ρ)和透射率(t)：
[0057] α+ρ+t＝1
[0059] 反射率(ρ)占物体表面反射的辐射能量的一部分。
[0060] 透射率(t)占透射通过物体的辐射能量的一部分。
[0061] 物体的吸收率、反射率和透射率可以取决于入射辐射能量的波长。例如，镜面太阳镜可以反射某些波长的可见光、吸收某些波长的可见光并透射其他波长的可见光。
[0062] 如果物体可以在整个物体上一直透射撞击在物体表面上的辐射能量中的一些辐射能量，则认为该物体是透明的。如果没有电磁辐射能量的任何部分透射通过物体的物质，则物体被称为“不透明”。
[0063] 反射的特征在于镜面反射、漫反射或其组合。在镜面反射中，反射角和入射角相等。在漫反射中，辐射在所有方向上均等地被反射。来自光滑和抛光表面的反射可以被认为是镜面反射，而来自粗糙表面的反射可以近似于漫反射。在辐射分析中，如果表面粗糙度的高度相对于入射辐射的波长小得多，则将表面定义为光滑。
[0064] 一些薄膜的光反射性质可以与下层衬底的光反射性质不同。当光撞击到薄膜上时，光被反射、透射或吸收。因此，即使仅一部分电磁能量被非反射衬底上的薄膜样本反射，衬底也可以吸收或透射未反射的电磁能量。因此，由薄膜反射的图像将不会具有来自下层材料的干扰反射图像。
[0065] 具有可见波长的镜面反射成像被用于艺术、考古学以及质量控制中。但是，现有的镜面反射方法不能直接转移到远红外光谱中的大样本成像中，因为迄今为止技术上的障碍是无法克服的。本公开示出了本文中如何克服这些技术障碍。
[0066] 聚(3,4-乙烯二氧噻吩)聚磺苯乙烯(PEDOT:PSS)在远红外(IR)光谱中具有高反射性，而在可见光谱中则无反射性。某些透明塑料(例如，聚碳酸酯和多环烯烃聚合物)吸收的IR光很少甚至没有反射。本文公开了使得平坦样本的镜面IR反射成像的方法，从而允许大面积样本和/或涂层检查。在薄膜相关的范围内，经反射的IR辐射的强度与涂层的厚度和均匀性成比例。此外，可以通过估计由膜中的非均质性引起的散射来评估薄膜的均匀性。通过允许以生产线速率进行在线质量控制，本公开有利地改进了大面积器件的制造工艺。
[0067] 现有方法尚不能在某些条件下快速表征大样本。例如，当一个大样本的涂层具有IR反射性，并且下层衬底不具有红外反射性时；现有方法未能成功地快速表征涂层的某些方面。本公开包括适用于利用可重复的大面积测量对薄膜进行IR反射分析的成像系统。
[0068] 应当理解，除非另外说明，否则本文中所使用的术语将具有相关领域中的普通含义。下面阐述本文中所使用的若干术语及其含义。
[0069] 除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一”、“一个”和“所述”包括复数指示物。
[0070] 术语包括、包含以及这些术语的各种形式彼此同义并且含义相同。此外，除非有相反的明确说明，否则包括或包含具有特定性质的一个或多个要素的示例可以包括附加要素，无论附加要素是否具有该性质。
[0071] 如本文所使用的，术语“大面积薄膜”指代设置在具有大于约5平方厘米的面积的表面上的薄膜。
[0072] 如本文所使用的，术语“薄膜”指代厚度范围从纳米级到几微米的材料层。
[0073] 如本文所使用的，术语“红外辐射”指代波长范围从约700纳米(频率430THz)到1毫米(频率300GHz)的电磁辐射光谱区域中的电磁辐射。
[0074] 如本文所使用的，术语“近红外辐射”指代波长范围从约700纳米(频率430THz)到约1.4μm(频率214THz)的电磁辐射光谱区域中的电磁辐射。
[0075] 如本文所使用的，术语“中波长红外辐射”指代波长范围从约1.4μm(频率214THz)至约15μm(频率100THz)的电磁辐射光谱区域中的电磁辐射。
[0076] 如本文所使用的，术语“远红外辐射”指代波长范围从约15μm(频率100THz)到约1000μm(频率300GHz)的电磁辐射光谱区域中的电磁辐射。
[0077] 如本文所使用的，术语“红外辐射源”指代发射红外辐射的物体。
[0078] 如本文所使用的，术语“空间非扫描红外辐射源”是指在观察时段内以空间不变的模式发射红外辐射的红外辐射源。
[0079] 如本文所使用的，术语“导电的”是指在20摄氏度(即，20℃)处具有大于约每米1西门子的电导率。
[0081] 如本文所使用的，术语“热成像”指代检测由物体发射和/或从物体反射的红外辐射并基于检测来创建图像的方法。
[0082] 如本文所使用的，术语“热图像”指代具有颜色变化的区域(例如，像素)的图像，该颜色变化映射到从被成像物体上的对应区域发射或反射的红外波长或强度。单色(即，“黑白”)或灰度图像是具有如本文设想的颜色的空间变化的图像的示例。当红外相机具有无法区分不同波长的红外辐射的图像传感器或图像传感器阵列时，来自红外相机的某些图像可能是单色的。一些成像系统将单色图像转换为以伪彩色显示，其中使用色调、饱和度和亮度的空间变化(而不是单色强度的变化)来映射到来自成像物体上对应区域的红外波长或强度。伪彩色图像可以改进将显示在单色图像的明亮区域中的精细强度差的可检测性。术语“伪彩色”和“彩色”热图像在本文中可互换使用，并且指代在色调、饱和度和亮度方面具有空间变化的热图像。“伪彩色”和“彩色”热图像也是如本文所设想的具有颜色变化的图像的示例。
[0083] 如本文所使用的，术语“数字热图像”指代可转译为热图像的数据的阵列或序列。例如，热图像可以以.jpg、.pdf、.tiff、.png或任何合适的数字格式存储为数字热图像。
[0084] 如本文所使用的，“反射”是在两个不同介质之间的界面处的波前的方向的改变，使得波前返回到波前所起源的介质中。反射定律指出，对于镜面反射，波入射到表面(两个不同介质之间的界面)的角度等于波反射的角度。例如，反射镜呈现出可见光的镜面反射。
[0085] 如本文所使用的，“入射角”是指入射线或射线与入射点处的表面的垂线的角度。
[0086] 如本文所使用的，术语“反射的红外辐射”指代来自红外源的、被物体反射的红外辐射。反射的红外辐射不同于物体本身发出的红外辐射。当分子改变其旋转振动运动时，红外辐射被分子发射或吸收。
[0087] 如本文所使用的，术语“红外成像设备”指代基于由红外成像设备从物体接收的红外辐射来形成热图像或数字热图像的系统。红外成像设备的一个示例可以包括红外相机。红外相机的可商购示例是由公司总部位于俄勒冈州威尔逊维尔SW Parkway路27700号(邮编97070)的FLIR Systems公司制造的FLIR A325sc。
[0088] 如本文所使用的，术语“光轴”是指在诸如相机镜头或显微镜的光学系统中沿着其至少存在部分旋转对称的线。光轴是限定光在系统中传播的路径的假想线。对于由简单的透镜和反射镜组成的系统，光轴穿过每个表面的曲率中心并与旋转对称轴重合。
[0089] 如本文所使用的，术语“均匀厚度区域”指代薄膜的、膜厚度在预定的均匀厚度范围内的区域。
[0090] 如本文所使用的，术语“不均匀厚度区域”指代薄膜的、膜厚度不在预定的均匀厚度范围内的区域。
[0091] 如本文所使用的，术语“IR源宽度”指代当IR源的周边限定矩形时，IR源发射IR辐射的最大周边侧的线性尺寸，以及当IR源的周边限定矩形以外的闭合曲线时，IR源发射IR辐射的最大线性尺寸。
[0092] 如本文所使用的，术语“物体宽度”指代当大面积薄膜表面的周边限定矩形时，大面积薄膜表面面向IR源的最大周边侧的线性尺寸，以及当大面积薄膜表面的周边限定矩形以外的闭合曲线时，大面积薄膜表面面向IR源的最大线性尺寸。
[0093] 应当理解，如本文所使用的术语“表面面积”指代将表面看作完全光滑时，表面的周边内的理论表面面积。这样，表面粗糙度不影响如本文所定义的表面面积的计算。
[0094] 如本文所使用的，术语“单层”是指原子、分子或细胞的单个紧密堆积的层。
[0095] 如本文所使用的，术语“对可见光透明”指代主体、材料或物质能够透射撞击在主体、材料或物质的表面上的可见光的性质。
[0096] 如本文所使用的，术语“明视场显微镜”指代这样的显微镜，即，在该显微镜中，白光透射穿过样本(即，从下方照射并从上方观察)并且样本的对比度由所透射的光在样本的密集区域中的衰减引起。
[0097] 如本文所使用的，术语“孔”是指穿过主体限定的开口。
[0098] 如本文所使用的，术语“光学图像”是指物体的可见表示。光学图像可以存储为数字图像，以再现为投影图像或打印图像。
[0100] 如本文所使用的，“热辐射”指代从温度大于绝对零的所有物质发射电磁波。热辐射可以包括可见波长和红外波长。
[0101] 如本文所使用的，术语“信号”旨在表示代表信息的指示符。信号包括例如电信号和光信号。术语“电信号”指代表示信息的电质量的指示符。指示符可以是例如电流、电压、隧穿、电阻、电势、电压、电导或横向电效应。“电子流”或“电流”指代电荷的流动。
[0102] 术语“衬底”指代不溶于水性液体并且在不具有孔、端口或其他类似液体导管的情况下不能通过液体的刚性固体支撑物。合适的衬底示例包括玻璃和改性玻璃或功能化玻璃、塑料(包括丙烯酸、聚苯乙烯以及苯乙烯与其他材料的共聚物、聚丙烯、聚乙烯、聚丁烯、聚氨酯、聚四氟乙烯(PTFE)(例如，来自Chemours的 )、环烯烃/环烯烃聚合物(COP)(例如，来自Zeon的 )、聚酰亚胺等)、尼龙、陶瓷、硅石或硅基材料、硅和改性硅、碳、非导电金属、无机玻璃和光学纤维束。
[0103] 术语“顶部”、“底部”、“下部”、“上部”、“在……上”等在本文中用于描述红外成像系统和/或红外成像系统的各种组件。应当理解，这些方向性术语并不意味着暗指特定的取向，而是用于指定组件之间的相对取向。方向性术语的使用不应解释为将本文所公开的示例限制为任何(多个)特定取向。
[0105] 图1是描绘根据本公开的红外成像系统20的一个示例的立体前视图。图2是图1中描绘的红外成像系统20具有如本文所公开的射线迹线64的示例的各部分的示意性前视图。样本台30用于保持大面积薄膜40。大面积薄膜40反射红外辐射并包括导电部分44。空间非扫描红外辐射源50以约0°的预定角度53相对于样本台30定位。
[0106] 如本文所使用的，预定角度53指代由空间非扫描红外辐射源50发射的红外辐射的主入射角。主入射角是从空间非扫描红外辐射源50发射的IR辐射的最强射线的入射角。IR辐射的射线垂直于IR辐射发射表面56为最强。如图4所示，理想的朗伯型漫射体(Lambertian diffuser)产生遵循朗伯(Lambert)余弦定律的输出强度分布。由图4所示的射线迹线64的长度指示的辐射强度随着从法线63起的测量方向的余弦而变化。应当理解，图4是三维分布的二维表示。
[0107] 在图2中，由空间非扫描红外辐射源50发射的最强IR辐射射线由附图标记46指示。由空间非扫描红外辐射源50发射的最强IR辐射射线46垂直于IR辐射发射表面56。应理解，从IR辐射发射表面56发射的漫射辐射还包括相对于IR辐射发射表面56倾斜的倾斜射线41。
应进一步理解，图2中指示倾斜射线41的向量的长度不指示倾斜射线41相对于图2中的最强射线46的相对强度。倾斜射线41朝向红外成像设备22的镜面反射由虚线和附图标记43指示。
应进一步理解，图2中指示倾斜射线41的向量的长度不指示倾斜射线41相对于图2中的最强射线46的相对强度。倾斜射线41朝向红外成像设备22的镜面反射由虚线和附图标记43指示。
[0108] 如上所述，由漫射IR辐射源发射的最强IR辐射射线垂直于漫射IR辐射源的表面。在图1和图2所描绘的示例中，空间非扫描红外辐射源50是平面的并且发射漫射IR辐射。在图1和图2所描绘的示例中，从空间非扫描红外辐射源50发射的漫射IR辐射垂直于IR辐射发射表面56所在的平面为最强。在图1和图2所描绘的示例中，平面空间非扫描红外辐射源50平行于平面样本台30。因此，在图1和图2所描绘的示例中，由空间非扫描红外辐射源50发射的红外辐射在平面样本台30上的主入射角为0°。
[0109] 如本文所使用的，空间非扫描红外辐射源50相对于图1和图2的示例所应用的样本台30的角度为0°意味着如果样本台30是平面反射器，则来自空间非扫描红外辐射源50的红外辐射将在空间非扫描红外辐射源50处被直接反射返回。因此，IR辐射在样本台30的平面反射器示例上的主入射角约为0度，并且反射角也约为0度。然而，应理解，存在来自空间非扫描红外辐射源50的足够的倾斜辐射用于来自大面积薄膜40的镜面反射，以经由红外成像设备22产生有用的图像。
[0110] 尽管如图1和图2所示将样本台30平面化是方便的，但是本文设想具有任何合适的表面轮廓的样本台30。平面样本台可以方便地将大面积薄膜40相对于空间非扫描红外辐射源50保持在预定角度53处。例如，如果将大面积薄膜40的样本设置在平板衬底上，衬底可以放置在平面样本台30上并通过重力、夹具、粘合剂或其组合保持在适当位置。传送带可以横穿样本台，该样本台具有设置在衬底上的大面积薄膜40的样本，该衬底被布置在传送带上。因此，每个样本可以以预定角度由传送带呈现给红外成像系统20。
[0111] 在如图1和图2所描绘的本公开的示例中，空间非扫描红外辐射源50可以具有穿过该空间非扫描红外辐射源50所限定的孔51。孔51具有周向壁57，该周向壁57被限定在空间非扫描红外辐射源50上以包围孔51。如本文所使用的“孔面积”指代由穿过孔51的周向壁57的横截面所限定的最小平面二维面积。为清楚起见，术语“最小”被包括在“孔面积”的定义中。例如，穿过柱形壁的横截面可以限定无限数目的二维面积，其中最小由圆形界定，而最大由椭圆形界定。尽管图2所示的周向壁57是柱形的，但是应当理解，周向壁57不必限于柱形。在一个示例中，图2中描绘的周向壁57限定了可以具有约1.25英寸(3.17cm)的直径59的柱体。这样的柱体的孔面积可以为3.14*(3.17cm)2/4＝7.89cm2。
[0112] 在如图2所描绘的本公开的示例中，大面积薄膜40的表面面积与孔51的孔面积之比大于1。换言之，大面积薄膜40大于孔51。计算大面积薄膜40的表面面积的一个示例如下：如果将大面积薄膜40设置在直径130mm的盘上，则大面积薄膜40的表面面积可以为3.14*(13.0cm)2/4＝132.7cm2。
[0113] 在本公开的示例中，大面积薄膜40的表面面积可以在约6.5平方厘米(cm2)到约8平方米(m2)的范围内。在其他示例中，大面积薄膜40可以具有在约25cm2至约1m2范围内的表面面积。
[0114] 在如图2所描绘的本公开的示例中，空间非扫描红外辐射源50可以具有IR源宽度52，IR源宽度52是大面积薄膜40的物体宽度42的至少两倍。红外成像系统20可以具有红外成像设备22，红外成像设备22被定位为通过孔51接收从大面积薄膜40反射的红外辐射。在一个示例中，红外成像设备22可以是数字红外相机。
[0115] 在图1所描绘的本公开的示例中，红外成像系统20还包括风扇32，风扇32被定位为在红外成像系统20的操作期间，利用环境室内空气来冷却大面积薄膜40。
[0116] 在本公开的示例中，空间非扫描红外辐射源50可以包括电加热垫54，电加热垫54具有面向样本台30的可加热表面48。空间非扫描红外辐射源50可以具有与可加热表面48接触的导热片58。导热片58传导由电加热垫54产生的热量并且将热量均匀地分布在导热片58上，从而使得导热片58在整个导热片58上具有均匀的温度。在一个示例中，导热片58可以是铝、铜、铸铁、黄铜、钢或其组合。
[0117] 空间非扫描红外辐射源50可以具有设置在导热片58上的涂层55。涂层具有面向样本台30的IR辐射发射表面56。涂层55的发射率可以为至少0.5。在一个示例中，涂层55至少对于1μm至300μm之间的波长可以具有至少0.5的发射率。在一个示例中，涂层55可以是有机硅涂层。在一个示例中，有机硅涂层可以具有大于0.8的发射率。应当理解，涂层55的发射率在热辐射光谱上不必是恒定的。与在IR光谱中具有较低发射率的涂层55的示例相比，在IR光谱中具有较高发射率的涂层55的示例将改进空间非扫描红外辐射源50的能量效率。
[0118] 在本公开的示例中，大面积薄膜40可以选自由以下各项组成的组：聚(3,4-乙烯二氧噻吩)聚磺苯乙烯、聚吡咯、聚苯胺及其组合。应当理解，大面积薄膜40可以选自前文中列出的具有侧链修改或备选抗衡离子的聚合物的化学变型。化学变型可以具有聚(3,4-乙烯二氧噻吩)、聚吡咯或聚苯胺的导电聚合物主链；带有或不带有其他功能修改。此外，聚(3,4-乙烯二氧噻吩)可以具有聚磺苯乙烯或其他单阴离子或聚阴离子作为抗衡离子。
[0119] 在本公开的示例中，大面积薄膜40可以是金属。金属大面积薄膜的非限制性示例包括银和金。
[0120] 在不受任何理论束缚的情况下，本文公开了：本文所公开的大尺寸(相对于大面积薄膜40)的空间非扫描红外辐射源50可以改进由红外成像系统20生成的图像的均匀性。在一个示例中，空间非扫描红外辐射源50的IR辐射发射表面56的表面面积是大面积薄膜40的表面面积的至少4倍。在一个非限制性示例中，如果将大面积薄膜40设置在直径为50mm的盘上，则大面积薄膜40的表面面积可以为3.14*(50mm)2/4＝1962.5mm2。注意，示例中的物体宽度42如上所定义是50mm。如果空间非扫描红外辐射源50也是盘形的，则为物体宽度42的两倍的IR源宽度52可以具有100mm的直径。在该段的示例中，空间非扫描红外辐射源50的IR辐射发射表面56的表面面积将为7850mm2。要注意的是，1962.5x 4＝7850；因此，空间非扫描红外辐射源50的IR辐射发射表面56的表面面积是大面积薄膜40的表面面积的至少4倍。特别是在与IR辐射发射表面56相比具有相对较小的孔51的示例中，在计算IR辐射发射表面56的表面面积时，不需要对孔51进行扣减。
[0121] 本文进一步公开了由空间非扫描红外辐射源50发射的更大的IR强度允许红外成像系统20生成具有更高对比度的图像。固定反射率的几何结构减少了样本设置的变化，从而使得图像中的变化更容易归因于样本中的实际变化。如本文所使用的，“反射率的几何结构”是指由空间非扫描红外辐射源50发射、由大面积薄膜40反射并由红外成像设备22接收的IR辐射的路径和角度。
[0122] 空间非扫描红外辐射源50的背侧(即，空间非扫描红外辐射源50的、与IR辐射发射表面56相反的一侧)可以具有设置在电加热垫54之上的绝热体，以改进能量效率并减少红外成像系统20中相邻组件的发热。
[0123] 图3是红外成像系统20'的一个示例的示意性侧视图。样本台30用于保持大面积薄膜40。大面积薄膜40设置在衬底60上。空间非扫描红外辐射源50以预定角度53定位，预定角度53的范围为约0°至约45°。在图3中，以约45°的预定角度53描绘了空间非扫描红外辐射源50。如本文所使用的，预定角度53指代由空间非扫描红外辐射源50发射的红外辐射的主入射角。在图3中，由空间非扫描红外辐射源50发射的IR辐射的最强射线由附图标记46指示。
如上所述，在空间非扫描红外辐射源50发射漫射IR辐射的示例中，IR辐射的射线垂直于IR辐射发射表面56为最强。应理解，除了垂直于IR辐射发射表面56发射的辐射之外，空间非扫描红外辐射源50发射的漫射IR辐射还包括倾斜辐射。应当进一步理解，指示图3中的最强射线46的向量的长度不指示图3中最强射线46的相对强度。最强射线46朝向红外成像设备22的镜面反射由虚线和附图标记45指示。应进一步理解，指示图3中的最强射线46的镜面反射
45的向量的长度不指示图3中最强射线46的镜面反射45的相对强度。
如上所述，在空间非扫描红外辐射源50发射漫射IR辐射的示例中，IR辐射的射线垂直于IR辐射发射表面56为最强。应理解，除了垂直于IR辐射发射表面56发射的辐射之外，空间非扫描红外辐射源50发射的漫射IR辐射还包括倾斜辐射。应当进一步理解，指示图3中的最强射线46的向量的长度不指示图3中最强射线46的相对强度。最强射线46朝向红外成像设备22的镜面反射由虚线和附图标记45指示。应进一步理解，指示图3中的最强射线46的镜面反射
45的向量的长度不指示图3中最强射线46的镜面反射45的相对强度。
[0124] 在一个示例中，平面IR辐射发射表面56的法线与平面大面积薄膜40的法线之间的角度是预定角度53。应理解，标识预定角度53的目的是标识来自空间非扫描红外辐射源50的具有最大强度的IR辐射的镜面反射将指向何处。图3所描绘的示例还包括红外成像设备22，红外成像设备22具有相对于大面积薄膜40以固定角度26定位的光轴24。固定角度26选自在从约0°到约45°的范围内的角度。在示例中，固定角度26可以是由空间非扫描红外辐射源50发射并由大面积薄膜40反射的红外辐射的主反射角。因此，当固定角度26等于主反射角时，红外成像设备22将被定位为接收最高强度的反射红外辐射。然而，应当理解，由于空间非扫描红外辐射源50可以发射漫射红外辐射，因此即使镜面反射也可能具有以某种方式被漫射的外观。大面积薄膜40中的不规则性将引起由大面积薄膜40反射的IR辐射的强度变化，该强度变化可以由红外成像设备22记录。
[0125] 图15A是图示了本文所公开的方法的示例的流程图100。在框110处，“相对于空间非扫描红外辐射源以预定角度维持大面积薄膜”。在框112处，“大面积薄膜反射红外辐射，并且大面积薄膜的至少一部分是导电的”。在框114处，“预定角度选自在从约0°至约45°的范围内的角度”。
[0126] 在框115处，“在将大面积薄膜维持在预定角度处的同时，使用来自空间非扫描红外辐射源的红外辐射直接照射大面积薄膜”。在框120处，“通过红外成像设备对从大面积薄膜反射的红外辐射进行热成像，该红外成像设备具有相对于大面积薄膜成固定角度定位的光轴”。在框122处，“固定角度选自在从约0°至约45°的范围内的角度”。
[0127] 在框125处，“从红外成像设备生成的热图像中标识大面积薄膜的均匀厚度区域，其中膜厚度在预定的均匀厚度范围内；从红外成像设备生成的热图像中，标识大面积薄膜中的不均匀厚度区域，其中膜厚度不在预定的均匀厚度范围内；或其组合”。
[0128] 在框130处，“基于预定角度和大面积薄膜的物体宽度，选择红外辐射源的IR源宽度”。在框135处，“大面积薄膜的表面面积范围为约6.5平方厘米至约8平方米；并且大面积薄膜为单层或具有高达10μm的膜厚度”。
[0129] 连接符A指示流程图100在图15B处继续。在框140处，“大面积薄膜被沉积在对可见光透明的衬底上；大面积薄膜对可见光也是透明的；并且在红外成像设备生成的热图像中，大面积薄膜能够与衬底区分开”。在框145处，“大面积薄膜选自由以下各项组成的组：聚(3,4-乙烯二氧噻吩)聚磺苯乙烯、聚吡咯、聚苯胺及其组合”。
[0130] 图16A是图示了本文中所公开的方法的示例的流程图200。在框210处，“将具有大面积薄膜的样本相对于空间非扫描红外辐射源维持在具有约0°的预定角度的预定位置处”。在框212处，“大面积薄膜反射红外辐射，并且大面积薄膜的至少一部分是导电的”。在框214处，“红外辐射源的IR源宽度是大面积薄膜的物体宽度的至少两倍”。在框215处，“在将样本维持在预定角度处的同时，使用来自空间非扫描红外辐射源的红外辐射直接照射大面积薄膜；以及”。在框220处，“通过空间非扫描红外辐射源中的孔，由红外成像系统从来自大面积薄膜的、经反射的红外辐射中生成光学图像，红外成像系统被定位为通过孔来接收经反射的红外辐射”。在框222处，“大面积薄膜的表面面积与孔的孔面积之比大于1”。
[0131] 在框225处，“从由红外成像系统生成的热图像中标识大面积薄膜的均匀厚度区域，其中膜厚度在预定的均匀厚度范围内；从红外成像系统生成的热图像中，标识大面积薄膜中的不均匀厚度区域，其中薄厚度不在预定的均匀厚度范围内；或其组合”。在框230处，“大面积薄膜的表面面积范围为约6.5平方厘米至约8平方米；并且大面积薄膜为单层或具有高达约10μm的膜厚度”。
[0132] 在框235处，“大面积薄膜被沉积在对可见光透明的衬底上；大面积薄膜对可见光也是透明的；并且在红外成像系统生成的热图像中，大面积薄膜能够与衬底区分开”。
[0133] 连接符B指示流程图200在图16B处继续。在框240处，“大面积薄膜选自以下各项组成的组：聚(3,4-乙烯二氧噻吩)聚磺苯乙烯、聚吡咯、聚苯胺及其组合”。在框250处是3个框：252、253和254。在框252处，“将样本相对于空间非扫描红外辐射源重新定位在其他预定位置处”。在框253处，“由红外成像系统从来自大面积薄膜的、经反射的红外辐射中生成其他光学图像，红外成像系统被定位为通过孔接收经反射的红外辐射；以及”。在框254处，“将光学图像与其他光学图像进行组合，以形成组合图像”。
[0134] 在框260处，“将光学图像和其他光学图像进行组合包括：将光学图像与其他光学图像数字地拼接在一起来生成大面积薄膜的完整图像”。在框270处，“执行背景校正，以校正由红外成像系统生成的热图像，其中背景校正针对来自空间非扫描红外辐射源的强度降低的红外辐射的区域来校正热图像，该强度降低的红外辐射的区域是由于空间非扫描红外辐射源中的孔而导致的”。
[0135] 为了进一步图示本公开，本文给出示例。应当理解，提供这些示例是为了例示性目的，而不应被解释为限制本公开的范围。
[0136] 非限制性工作示例1
[0137] 制备了根据图3所示的示例的红外成像系统。衬底60被保持与空间非扫描红外辐射源50和红外成像设备22成45°角。在示例中，空间非扫描红外辐射源50具有电加热垫54，电加热垫54具有可加热表面48。在工作示例1中，使用砂层代替图3中描绘的导热片58和涂层55。砂层为约0.5cm厚。砂是净砂#4，可从加利福尼亚州(92590)蒂梅丘拉市的密理博西格玛公司(MilliporeSigma)获得。红外成像设备22是FLIR A325sc红外相机。对示例的测试表明，衬底60相对于空间非扫描红外辐射源50或红外成像设备22的角度的较小变化对所生成的图像的强度和均匀性具有较大影响。尽管如此，由红外成像系统20'的测试示例生成的图像得出的结论与来自高分辨率光学显微镜的图像的结论非常吻合。制备具有沉积在塑料衬底上的PEDOT:PSS薄膜的两个样本，并使用明视场显微镜将其成像。将两个样本的大小设置为适合显微镜。如从图5A和图5C所示的比例所见，显微图是约2mm×2mm的样本面积的放大图。PEDOT:PSS膜的标称厚度在图5A所示的“较薄”样本上约为25nm，在图5C所示的“较厚”样本上约为150nm。图5A所示的明视场显微图具有看起来相对较暗的域。暗域是5A中示出的较薄样本中的非均质性的指示。图5C所示的明视场显微图看起来比图5A所示的显微图更均匀。
[0138] 制备具有沉积在来自电润湿系统盒的顶板上的PEDOT:PSS薄膜的另外两个样本。样本的整体尺寸为约15cm×10cm。顶板具有从顶板的大致平坦的表面凹陷的区域。PEDOT:
PSS膜的标称厚度在图5B所示的“较薄”样本上约为25nm，并且在图5D所示的“较厚”样本上约为150nm。与图5D相比，图5B似乎具有更粗糙的反射。图5B和图5D中的比例尺以温度(℃)为单位，其与从样本反射并由红外成像设备22接收的IR辐射的强度相关。因此，PEDOT:PSS的厚度对于小面积样本，能够通过明视场显微镜来检测；并且对于大面积样本，能够通过本公开的方法来检测。
PSS膜的标称厚度在图5B所示的“较薄”样本上约为25nm，并且在图5D所示的“较厚”样本上约为150nm。与图5D相比，图5B似乎具有更粗糙的反射。图5B和图5D中的比例尺以温度(℃)为单位，其与从样本反射并由红外成像设备22接收的IR辐射的强度相关。因此，PEDOT:PSS的厚度对于小面积样本，能够通过明视场显微镜来检测；并且对于大面积样本，能够通过本公开的方法来检测。
[0139] 图6是示出对于PEDOT:PSS膜，喷涂速度对最大IR反射信号的影响的图。降低喷涂头的速度在样本上沉积更多的PEDOT:PSS，从而导致PEDOT:PSS薄膜的厚度增加。与红外成像设备22读取的最高温度相关的最大IR反射信号随着膜厚度的减小而减小。图6示出了IR反射随着更大的PEDOT:PSS厚度而增加。
[0140] 返回参考图5B和图5D，经反射的IR光的总强度由热成像图像上的颜色指示。红色表示较高的强度，并且蓝色表示较低的强度。由于较高的强度与较厚的PEDOT:PSS膜相关，因此与图5B相比，图5D中所示的总体强度(较红)与图5D中较厚的PEDOT:PSS一致。
[0141] 工作示例1的测试表明，与将同时使整个样本进行锐聚焦相比，具有所使用的特定透镜和设置的FLIR A325sc具有相对较浅的景深。因此，该布置对入射/反射角是灵敏的。因为所需的景深较小，较小的入射角和反射率允许整个样本更容易聚焦。为了使得大面积薄膜40的整个表面聚焦，景深(DoF)必须大于或等于物体宽度42和入射角正弦的乘积。因此，随着入射角接近零，使平面大面积薄膜40的整个表面聚焦所需的DoF变得越来越小。
[0142] 非限制性工作示例2
[0143] 制备根据图1和图2所示示例的红外成像系统。工作示例2具有平面的样本台30，样本台30被描述具有在其上沉积有大面积薄膜40的样本。样本台30能够上下调整台的位置。空间非扫描红外辐射源50相对于样本台30以约0°的角度定位。空间非扫描红外辐射源50具有直径为1.25英寸(3.17厘米)的孔51，孔51穿过空间非扫描红外辐射源50的中心而被限定。空间非扫描红外辐射源50具有IR源宽度52，IR源宽度52为大面积薄膜40的物体宽度42的至少两倍。空间非扫描红外辐射源50具有电加热垫54的阵列，该电加热垫54的阵列由电子控制器调节来将可加热表面48稳定在100℃。空间非扫描红外辐射源50具有与电加热垫
54的可加热表面48接触的、由铝制成的导热片58。导热片58涂覆有高发射率的黑色有机硅涂层55。在工作示例2中，涂层是Design Engineering公司的“高温有机硅涂层”、可从Advanceautoparts.com在线获得的黑色喷涂涂层。高发射率的有机硅涂层55具有面向样本台30的IR辐射发射表面56。空间非扫描红外辐射源50的背侧(即，空间非扫描红外辐射源50的、与IR辐射发射表面56相反的一侧)具有设置在电加热垫54之上的绝热体49。红外成像系统20具有红外成像设备22，红外成像设备22被定位成通过孔51接收从大面积薄膜40反射的红外辐射。在工作示例2中，红外成像设备22是FLIR A325sc数字红外相机。图1中的红外成像系统20周围的体积被透明的塑料壁包围。透明壁中的一个透明壁具有铰链和手柄，以用作舱口来提供对由透明壁包围的组件的访问。工作示例2还包括风扇32，风扇32被定位成在红外成像系统20的操作期间，使用来自房间的环境空气来对大面积薄膜40冷却。
54的可加热表面48接触的、由铝制成的导热片58。导热片58涂覆有高发射率的黑色有机硅涂层55。在工作示例2中，涂层是Design Engineering公司的“高温有机硅涂层”、可从Advanceautoparts.com在线获得的黑色喷涂涂层。高发射率的有机硅涂层55具有面向样本台30的IR辐射发射表面56。空间非扫描红外辐射源50的背侧(即，空间非扫描红外辐射源50的、与IR辐射发射表面56相反的一侧)具有设置在电加热垫54之上的绝热体49。红外成像系统20具有红外成像设备22，红外成像设备22被定位成通过孔51接收从大面积薄膜40反射的红外辐射。在工作示例2中，红外成像设备22是FLIR A325sc数字红外相机。图1中的红外成像系统20周围的体积被透明的塑料壁包围。透明壁中的一个透明壁具有铰链和手柄，以用作舱口来提供对由透明壁包围的组件的访问。工作示例2还包括风扇32，风扇32被定位成在红外成像系统20的操作期间，使用来自房间的环境空气来对大面积薄膜40冷却。
[0144] 工作示例2将IR辐射直接反射返回空间非扫描红外辐射源50。空间非扫描红外辐射源50上的铝导热片58是平面的，并且大面积薄膜40也是基本平面的。非空间扫描红外辐射源50的平面平行于大面积薄膜40的平面。
[0145] 工作示例2能够被配置为适合样本尺寸和相机的视场。IR源宽度52与大面积薄膜40的物体宽度42的比率是恒定的，并且对空间非扫描红外辐射源50与大面积薄膜40之间的距离不敏感。由于主入射角为零，FLIR A325sc数字红外相机的景深不是因素；只要可以将大面积薄膜40的表面的任何部分聚焦并且整个表面在FLIR A325sc的视场内适配，大面积薄膜40的整个表面就可以进行锐聚焦。如上所述，样本台30能够上下调整台30的位置，从而将大面积薄膜40移动到FLIR A325sc的视场内。工作示例2避免了使用诸如用于IR辐射的反射镜、透镜或分束器的任何光学组件(除了作为红外成像设备22的一部分的光学组件之外)。截止到本公开的时间，未发现此类光学组件可商购。如果可以定制这样的光学组件，则成本可能是无法接受的。
[0146] 穿过空间非扫描红外辐射源50的中心限定以容纳FLIR A325sc数字红外相机的孔51在由FLIR A325sc数字红外相机最初输出的图像上产生“盲点”。盲点是由于没有从孔51发射IR辐射而使得大面积薄膜40反射的IR辐射的强度减小的区域。但是，根据需要，在不同的前后和侧向位置处的多个图像的背景校正或拼接可以解决此问题。
[0147] 图7和图8是使用工作示例2分析的样本的伪彩色图像。如图7和图8的右侧的比例尺所示，颜色映射到与基线“完美”反射器相比的反射百分比。注意，图7和图8具有不同的比例。使用以下公式来确定总反射率：
[0148] 总反射率＝(图像-背景)/(基准-背景)。
[0149] “图像”是样本的IR反射图像的强度。“背景”是没有样本的IR图像的强度。“基准”是反射镜(使用在IR带中具有99.9％的反射率的反射镜状铝片)的IR反射图像的强度。针对具有低PEDOT:PSS密度的样本和具有高PEDOT:PSS密度的样本，计算了总反射率(使用自定义编写的MATLAB脚本)。图7表明，高PEDOT:PSS密度样本呈现出反射率为～55％的均质反射。均质性可以通过图像中颗粒度的缺乏而在视觉上进行检测。图8表明，低PEDOT:PSS密度样本的反射率为～15％并且具有高的非均质性。非均质性可以通过图像中的颗粒度的量而在视觉上进行检测。来自图7和图8的数据一起表明，工作示例2能够标识所沉积的PEDOT:PSS量的差异以及长度尺度在几英寸及以上的PEDOT:PSS层的局部均质性的差异。
[0150] 图9是使用工作示例2分析的样本的伪彩色图像。来自电润湿系统盒的顶板涂覆有聚(3,4-乙烯二氧噻吩)、双聚(乙二醇)、十二烷基封端的(PEDOT:PEG)。将样本安装在平移台上并在两个位置(中心和左侧)进行成像。“左”成像用于执行软件拼接来去除中心“盲点”并构建样本的完整图像。色标指示涂层的IR光反射率。图9表明，涂层或样本板的平面度或粗糙度几乎不存在缺陷。注意，基于软件的拼接(自定义编写的MATLAB代码)几乎没有拼接痕迹。
[0151] 图10是用以检测涂层变化和衬底表面缺陷的、使用工作示例2分析的样本的伪彩色图像。图10中的黑色箭头表示跨越样本表面的涂层变化。可以检测到具有涂层变化的区域以及样本表面完全缺乏涂层的区域。由于镜面反射在图像中产生更大的强度，因此较小(非平面)的表面缺陷可能导致来自样本的漫射光反射。在图10中，蓝色箭头指向在图像所捕获的反射中的导致IR光漫射的下层塑料层的缺陷(粗糙度)。
[0152] 图11是如使用工作示例2确定的红外反射率与电阻的倒数(电导)的关系图。使用不同量的PEDOT:PSS涂覆样本板。通过涡流薄层电阻仪测量涂层的薄层电阻。图11中的平滑曲线示出了IR反射率与电阻倒数之间的明显相关性。因此，IR信号与电阻相关，并且可以用作生产质量控制中的指示器。
[0153] 图12是组合表和水平条形图，其描绘了使用工作示例2的可变性量表研究(a variability gauge study)中变化的相对影响因素。为了证明工具在在线质量控制中的适用性，执行了具有多个操作员的可变性量表研究。涂层量的变化是总变化的最大影响因素(68.3％)。在进行测量之前，样本处于外壳中的时间量是总变化的第二大影响因素(17.9％)。感兴趣区域(ROI)由跨越样本板的功能区域的矩形来限定。在图12中总结的可变性量表研究表明，通过进一步提高热平衡率或通过使用自动样本加载机制，本公开的系统和方法可以用于某些大面积数字流体设备的在线质量控制。
[0154] 图13是用以检测涂层变化和衬底表面缺陷的、使用工作示例2分析的样本的伪彩色图像。电晕表面处理通过创建高频放电并因此增加表面能以使涂层膜能够更好地铺展和粘附，来改进粘合剂在塑料上的键合。利用电晕放电处理，导电膜液滴变得更加平坦(接触角更小)，从而导致IR反射的漫射降低。图13描绘了3×3像素盒的CV(变化系数，标准差除以均值)。换言之，图13示出了在样本像素的IR反射率与围绕样本像素的像素之间存在多少变化。经电晕处理的区域在图13中主要是蓝色；图13中未处理的区域更偏红色。因此，经电晕处理的区域具有明显更低的CV，并且因此具有明显更少的IR反射的漫射，从而表明表面更光滑。
[0155] 图14是在来自电润湿系统盒的顶板上的铬层上具有银薄膜的样本的伪彩色图像。图14所示的X轴和Y轴的比例以红外图像的像素为单位。图14中的图像由工作示例2生成。图
14示出了本公开的方法和系统可以扩展到导电材料，因为导电材料在中IR光谱中通常是反射性的。如图9所示，本公开的方法和系统使用具有反射性的PEDOT:PEG产生了极好的结果(但是总反射率低于PEDOT:PSS)。
14示出了本公开的方法和系统可以扩展到导电材料，因为导电材料在中IR光谱中通常是反射性的。如图9所示，本公开的方法和系统使用具有反射性的PEDOT:PEG产生了极好的结果(但是总反射率低于PEDOT:PSS)。
[0156] 补充说明
[0157] 应当理解，本文中更详细讨论的前述概念和附加概念的所有组合(假设这样的概念不相互矛盾)被认为是本文所公开的发明主题的一部分。特别地，出现在本公开的结尾处的要求保护的主题的所有组合被认为是本文所公开的发明主题的一部分。还应理解，本文明确采用的、也可能出现在通过引用并入的任何公开中的术语应被赋予与本文所公开的特定概念最一致的含义。
[0158] 在整个说明书中对“一个示例”、“另一示例”、“示例”等的引用是指结合示例描述的特定要素(例如，特征、结构和/或特性)被包括在本文所描述的至少一个示例中，并且在其他示例中可能存在或不存在。附加地，应理解，除非上下文另外明确指出，否则针对任何示例的要素可以在各个示例中、以任何适当的方式进行组合。
[0159] 应当理解，本文所提供的范围包括所述范围和所述范围内的任何值或子范围。例如，从约6.5平方厘米到约8平方米的范围应解释为不仅包括明确陈述的从约6.5平方厘米(cm2)到约8平方米(m2)的限制，还包括单独的值(例如，约100cm2、约125cm2、约1.5m2、约4.1m2等)以及子范围(例如，约25cm2至约1m2、约100cm2至约500cm2等)。此外，当使用“约”和/或“基本上”来描述值时，意味着涵盖了所述值的微小变化(高达+/-10％)。
[0160] 尽管已详细描述了若干示例，但是应当理解，可以修改所公开的示例。因此，前述描述应被认为是非限制性的。
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