【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】紅外熱探測器是在吸收紅外輻射后，使探測材料的溫度、電動勢、電阻率等發(fā)生變化，根據(jù)這些變化來反饋探測目標(biāo)的紅外輻射能量或功率。近年來，基于薄膜壓電原理的紅外探測器成為國內(nèi)外紅外熱探測器的研究熱點之一，該類探測器通過諧振薄膜本征溫度特性引起傳感器諧振頻率移動，來反映紅外輻射的信息。其中，薄膜壓電Lamb波傳感器無需電容式傳感器驅(qū)動所需的物理間隙，并且具備非制冷、低功耗、高CMOS工藝兼容性等優(yōu)勢，成為當(dāng)前紅外探測核心器件的理想選擇之一。然而，薄膜壓電Lamb波傳感器用作紅外探測時，紅外輻射與傳感器諧振頻率之間的相關(guān)性有待深入研究，旨在為探測器性能的增強提供科學(xué)依據(jù)。
 

　　中國科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所檢驗室李傳宇、周連群等開展了基于光-熱-聲效應(yīng)的薄膜壓電Lamb波紅外探測技術(shù)研究。研究人員根據(jù)薄膜壓電Lamb波的振動及傳感機制，建立了光-熱及熱-聲轉(zhuǎn)化理論模型，論證了光-熱及熱-聲轉(zhuǎn)化效率與傳感器關(guān)鍵物理參數(shù)之間的關(guān)系。根據(jù)理論和實驗分析，提出一種通過Lamb波傳感器涂覆聚多巴胺(PDA)納米粒子的方式(PDA-Lamb)增強紅外探測靈敏度的新方法。
 

　　研究人員將Lamb波傳感器的零階對稱(S0)模式和零階反對稱(A0)模式，以及PDA-Lamb的A0模式三種模式作為研究對象。三種模式在紅外光照射前后分別產(chǎn)生不同的頻移，通過比較頻率相對移動量來反映紅外探測的靈敏度。結(jié)果表明：紅外光開啟瞬間，PDA涂覆的Lamb波傳感器(PDA-Lamb)諧振頻率相對變化量與紅外輻射強度呈高度線性關(guān)系，PDA-Lamb比未涂覆通道高近1個數(shù)量級。靈敏度的增強得益于光-熱轉(zhuǎn)化效率的提升，而涂覆前后熱-聲轉(zhuǎn)化效率基本不變。該研究為高性能薄膜壓電聲波紅外探測器的設(shè)計與優(yōu)化提供了參考依據(jù)，將有助于在紅外治療等領(lǐng)域得到應(yīng)用。
 

　　研究工作得到國家自然科學(xué)基金-面上項目(51675517)、江蘇省青年基金(BK20160057)等的資助，相應(yīng)研究成果已發(fā)表在Applied Physics Letters(APPL PHYS LETT, 2019, 114(18): 183505)。