中文(简体) ENGLISH
新闻资讯
 
 当前位置: 首页>新闻资讯>开发了一种红外探测敏感度增强贴膜

根据斯特藩-玻尔兹曼定律,常规材料的热红外辐射功率Prad正比于温度T的四次方。基于此关系,红外相机可以通过Prad的测量来表征物体表面的温度分布。常温的红外探测技术在红外夜视,安全监控电路检测,医学诊断,结构缺陷筛查,以及科学研究方面有广泛应用。等效噪音的温度差(Noise Equivalent Differential Temperature, NEDT)是决定红外相机对温度的敏感度和成像质量的关键性能参数。然而,以往的改善NEDT的工作主要局限于对红外信号接收和传感的改进,而忽视了从Prad与T的关系这一角度寻找突破的可能。受此局限性影响,常温红外探测器的NEDT在达到20-40 mK时遇到了瓶颈,过去的20年中一直没有明显的进展。

在此背景下,美国伯克利加州大学的Junqiao Wu(吴军桥)课题组另辟蹊径,借助金属-绝缘体相变材料,光学谐振结构和薄膜转移工艺,开发了一种红外探测敏感度增强贴膜(Thermal Imaging Sensitizer, TIS)。TIS技术突破了Prad正比于T4这一限制,将红外探测的敏感度在现有基础上提高了15倍以上,首次实现了毫开尔文级别的常温红外探测,对成像质量的提升,应用的拓展,以及新表征技术的开发有重要意义。该研究成果以“Millikelvin-resolved Ambient Thermography”为题近日发表于国际著名学术期刊Science Advances。


ed6e1ad4-44b5-11eb-8b86-12bb97331649.jpg

图1. 基于金属-绝缘体相变的TIS技术的结构,原理与应用示意图

如图1所示,TIS由钨掺杂氧化钒(WxV1-xO2),BaF2,Ag结构组成。当WxV1-xO2处于绝缘体态时,其对红外辐射基本透明,系统类似于一个简单的金属镜面结构,具有低红外辐射率ε;而当温度上升时,转变成金属态的WxV1-xO2对红外辐射有较高的吸收,结合1/4波长谐振腔结构,系统的ε会展现出突然的增加。对于辐射率随温度变化的材料,红外探测温度TIR与实际温度T的关系可以表示为:

edc59610-44b5-11eb-8b86-12bb97331649.jpg

由于TIS的ε在相变温度附近对T 非常敏感,dTIR/dT可以远远突破传统材料的限制(dTIR/dT~ 1),进而大幅度改善NEDT。在此项工作中,高达15以上的dTIR/dT可以实现毫开尔文级别的红外探测,对多方面的应用都有重大意义。