新型热释电材料及其在高性能红外探测器中的应用

采用改进的Bridgman法生长出了大尺寸高质量的Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃(PMNT)单晶,并发现了PMNT单晶具有非常大的热释电响应。为探索高性能的热释电材料,提高现有红外探测器的性能,对PMN-PT的热释电性能、及其在红外探测器中的应用进行了系统的研究。研究表明：PMNT单晶具有优异的热释电性能,其综合性能优于传统的热释电材料。用PMNT单晶制备出了的红外探测器,电压响应率和比探测率分别为Rv = 211 V/W,D* = 1.06×108 cm·Hz^1/2·W^-1,器件性能能够基本满足使用要求,同时也表明PMNT单晶有望在高性能的红外探测及成像器件中得到实际应用。     

弛豫铁电单晶热释电探测器读出电路的设计

以(1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3(PMN-xPT或PMNT)(PMN-xPT,或PMN-PT)为代表的弛豫铁电单晶具有非常高的热释电系数、比较低的热扩散系数、比较稳定的化学性能,是一种综合性能优异的热释电材料.利用弛豫铁电单晶可以制备出高性能的红外光传感器,针对用这种新型热释电材料制成的红外...     

新型热释电材料及其在红外探测器中的应用

以(1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3{PMNT[(1-x)/x}为代表的大尺寸、高质量弛豫铁电单晶具有非常高的热释电系数、探测优值和较低的热扩散系数,其综合热释电性能远优于传统的热释电材料.概述了PMNT[(1-x)/x]单晶、掺锰PMNT(74/26)单晶和0.42Pb(In1/2Nb1/2)...     

新型热释电单晶材料与红外探测器的研究

主要阐述了当前热释电红外探测器的发展状况,并重点介绍了我国尤其是我们在新型热释电材料以及红外探测器方面的主要进展和成果。弛豫铁电单晶是一类具有优异压电性能的新型材料,同时我们发现该类晶体还具有优异的热释电性能。我们所生长的PMNT单晶的热释电系数超过15.3×10^-4cm^-2.K^-1,Mn-PMNT的介电损耗降至0.0005,探测优值达到40.2×10^-5Pa^-1/2,高居里温度点单晶PIMNT的居里温度达到180℃以上。与合作单位一起利用该类晶体研制的红外探测器的性能远优于利用传统热释电材料（如LiTaO₃）制作的探测器,其比探测率达到1.07×10⁹ cm·Hz^1/2/·W^-1,说明利用该新型弛豫铁电单晶制作的红外探测器具有广阔的应用前景。     

基于钽酸锂晶片的太赫兹热释电探测器

针对自由空间和波导传输太赫兹辐射功率兼容测试的需求,开展了光敏面直径为10 mm的多功能太赫兹热释电探测器的相关研究。通过有限元分析及热电耦合仿真设计,建立了敏感元件由100 μm 厚的钽酸锂（LiTaO₃）晶片和碳纳米管吸收层组成的太赫兹热释电探测器模型;采用优化的精确减薄抛光和剥离等关键工艺,重点攻克了采用大晶片多阵列方式制作LiTaO₃基太赫兹热释电探测器敏感元件的工艺难题,并完成了太赫兹热释电探测器的研制。在设定条件下,该探测器的响应度为371.8 V/W,噪声等效功率为0.34 nW/Hz^1/2。实验结果表明,设计并制作的太赫兹热释电探测器的集成度高、响应度良好、噪声等效功率低,能够有效解决大光斑太赫兹光束功率测试问题。     

混成式热释电非制冷红外焦平面探测器研究

热释电非制冷红外焦平面探测器在军民领域具有广阔的应用前景.为了实现探测器的国内工程化研制,采用混成式技术,成功研制了基于锆钛酸铅(PZT)铁电陶瓷材料,像元尺寸为35 μm×35μm,列阵规模为320×240元的非制冷红外焦平面探测器.通过自主设计,研发的非制冷焦平面测试平台,得到了此器件的基本性能参数平均电压响应率1.1×105V/W,平均探测率5.6×107cm·Hz1/2·W-1,并实现了该探测器热成像.结合实际的研究工作,较为系统地介绍和讨论了热释电非制冷红外焦平面研制过程中各项关键技术.在器件光电响应测试数据分析的基础上,进一步提出下一阶段研究工作的重点和器件性能优化的方向.     

热释电探测器

一、引言热释电探测器是70年代中取得重要进展的一种新型器件。目前最好的单元探测器探测率D(500,10,1)已达到5×10~9cm·Hz~(1/2)/W。我国从1970年开始研究这种探测器,其单元探测器性能已达到国际先进水平。但在热释电多元列阵及热释电/CCD混成探测器领域差距还很大。     

铌酸锂晶片的键合减薄及热释电性能研究

铌酸锂(LN)作为一种热释电材料,可以被用于制作光电探测器敏感单元的敏感层,但通常LN晶片厚度为0.5 mm,远大于光电敏感单元厚度的要求,所以需要用键合减薄及抛光技术对LN晶片进行加工处理。本研究所用键合减薄技术主要包含:RZJ-304光刻胶键合、铣磨、抛光、剥离液剥离和丙酮清洗RZJ-304胶。利用该技术加工得到了面积为10 mm×10 mm,厚度为50μm,表面比较光滑,表面粗糙度为1.63 nm的LN晶片。LN晶片的热释电信号峰峰值在减薄抛光后为176 mV,是未经处理时的4倍,满足了热释电探测器敏感层的要求。     

基于超材料吸收器的非致冷微红外热探测器

研究了一种基于超材料结构的红外热探测器，该探测器利用光学超材料的局域场增强效应和热释电材料的温度敏感特性，实现对红外辐射的探测。利用有限元分析方法，研究了超材料吸收器的红外吸收特性和电磁场特性，分析了超材料吸收器与热释电材料(LiTaO₃)耦合结构的热学性能。结果表明，设计的超材料吸收器，可在3～15μm范围内调制峰值波长(主要覆盖大气窗口(8～14μm)),吸收率可达99.9%,带宽范围为0.2～1.0μm。当探测器的尺寸为23μm×23μm时，探测器稳态温度升高量为0.311 K,与类似工作相比，温度提升了约21倍。改进的红外热探测器具有显著的温度响应，适用于大规模像元级非致冷中远红外波段的热成像与传感应用。     

自支撑P(VDF-TrFE)红外探测器

本文中制备了具有自支撑绝热结构的Al/P(VDF/TrFE)/NiCr红外探测器单元,其中NiCr半透明膜作为探测器的上电极和吸收层。实验结果表明：P(VDF/TrFE)薄膜具有很好的铁电性和热释电性,其铁电剩余极化强度和热释电系数分别为7.1 μC/cm2 和27 μC/m2K;探测器单元在500 K温度下的电压响应率和探测率分别为4436 V/W和3.3×108 cmHz1/2W-1;通过对电压响应率随频率变化的实验数据进行拟合,得到探测器单位面积的热导和吸收率分别为2.6×10-3 W/cm2K 和0.1;利用P(VDF-TrFE)探测器单元可对目标物体实现热成像。     

单晶PMNT/环氧树脂压电复合材料的研制

采用1-3型复合结构,沿表面两个相互垂直的方向切割PMNT单晶陶瓷,在切槽间浇注环氧树脂,制备出新型的1-3型PMNT/环氧树脂压电复合材料.实验测试了复合材料的压电、介电、阻抗和超声回波特性,结果表明其厚度机电耦合系数达到0.75,声速2 985 m/s,声阻抗14.9 MPa·(s·m-3),脉冲回波中心频率0.95 MHz,-6 dB带宽88%,相对介电常数1 423,介电损耗0.014.     

High electric-field-induced strain beahvior of single-crystal Pb(Mg<Subscript>1/3</Subscript>Nb<Subscript>2/3</Subscript>)O<Subscript>3</Subscript>-xPbTiO<Subscript>3</Subscript> multilayer piezoelectric actuators

Two 10-mm-long multilayer prototype actuators were fabricated by a stack method using 55 pieces of 5 mm×5 mm×0.15 mm Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-xPbTiO₃ (PMNT) single crystals and PZT-5A ceramics, respectively. The strain values for PMNT multilayer piezoelectric actuators are twice those of PZT-5A multilayer actuators, and 20.8-μm displacements can be achieved at the same E-field of 15 kV/cm. Although thermal and electrical history markedly impact dielectric and piezoelectric performance of PMNT crystals, the PMNT multilayer actuator can still achieve large displacements with approximately linear behavior below 60°C. Broad stable dynamic displacement characteristic and fast displacement response make the new-type actuators promising candidates for the application in new-generation high-performance solid-state actuators.     

弛豫铁电单晶PMNT压力稳定性的研究

采用密闭油腔产生静压力,样品置于油腔内,测试了(001)切型弛豫铁电单晶0.67Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.33PbTiO3(简写为PMNT67/33)的介电常数和静水压压电常数的压力稳定性。结果显示:随压力增大,εr缓慢增加,压力在10MPa内其相对变化小于1.8×10-2,tgδ无显著变化;压电常数dh和gh先显著下降,至2MPa后趋于稳定。结果表明,弛豫铁电单晶PMNT施加一定的预应力后,性能随静压力的变化趋于稳定。     

Pyroelectric detectors and materials

A survey on point pyroelectric detectors and materials is given. The performance of a practical detector is characterized by the ratio of a response function and a noise function. Material parameters relevant to detector applications are identified and the crystal properties of these parameters are then discussed by the use of equations of state. The noise function is so defined that the performance of the practical pyroelectric detector as a circuit element can be directly examined and assessed with respect to the ideal thermal detector. Under special conditions, this noise function gives rise to four separate figures of merit of pyroelectric detectors. Finally the temperature dependence and the performance limitations of pyroelectric detectors are discussed.     

改性蓝蒽酮溶致液晶的偏振性能研究

采用氯磺酸磺化对蓝蒽酮进行改性处理，其水溶液在一定浓度下出现了溶致液晶相，织构呈带状和条状分布。无水乙醇改善了溶致液晶的涂布性能，它是黏稠溶致液晶涂布湿膜时一种良好的添加剂。试验结果表明，厚度为1～1．5μm磺化蓝蒽酮剪切固态薄膜是一种良好的偏光材料。     

Ba_(0.7)Sr_(0.3)TiO_3热释电陶瓷材料研究

采用Pechini法制备了100 nm的Ba0.7Sr0.3TiO3纳米粉体,并用凝胶注模成型工艺制备不同Mn含量的BST陶瓷。研究表明,在Mn掺杂量为0.5%(摩尔分数),烧结温度为1 280℃时制备的样品,其热释电性能较好,在居里温度附近,30～40℃时,其平均热释电系数为450μC.m–2.K–1,对应平均探测率优值为5.6μC.m–3.K–1,1kHz频率条件下tanδ低于0.5%,εr为3 500左右(室温20℃,外加偏压200 V/mm)。     

一种双波长光纤测温系统波长带宽的优化设计

基于Kirchhoff定律，利用钽酸锂热释电探测器设计了一种实用化的双波长、高精度光纤测温系统。简要介绍了该仪器的基本结构及其工作原理．并依照单个探测器的温度分辨率、测温系统中R(T)-T曲线的线性度与温度灵敏度，以及系统的测温误差随波长带宽的变化，在考虑单个探测器的最小响应度和温度分辨率的基础上．对系统工作波长的带宽进行了优化设计。得出了在测温范围400—1300℃内，当系统的工作波长为λ1=2.1μm，λ2=2.3μm时，其工作波长的带宽取20nm较为合适的结论。