近日，中科院上海技术物理研究所的科研团队采用具有热释电功能的铁电材料与低维半导体材料相结合，利用两类材料多机制耦合及多效应融合，研发出高紫外线、红外线超宽谱段覆盖的高性能探测器雏形。低维材料有独特结构和优异光电特性，用于光电器件在尺寸、功耗及灵敏度上具有优势。然而，低吸收效率导致其应用受限。因为，探测的灵敏度得到极大提升。

 

　　此项研究项目的新思路，新工艺，及稳定性，为研发大面积柔性室温宽光谱焦平面器件奠定了基础。

 

　　铁电材料

 

　　指具有铁电效应的一类材料，它是热释电材料的一个分支。铁电材料及其应用研究已成为凝聚态物理、固体电子学领域最热门的研究课题之一。晶体，其原因在于他们具有相当优异的性能。许多电光晶体、压电材料就是铁电晶体。铁电晶体无论在技术上或理论上都具有重要的意义。

 

　　分类：

 

　　发现具有铁电性的晶体很多，但概括起来可以分为两大类：

 

　　a.一类以磷酸二氢钾KH2PO4--简称KDP--为代表，具有氢键，他们从顺电相过渡到铁电相是无序到有序的相变。以KDP为代表的氢键型铁晶体管，中子绕射的数据显示，在居里温度以上，质子沿氢键的分布是成对称沿展的形状。在低于居里温度时，质子的分布较集中且不对称于邻近的离子，质子会较靠近氢键的一端。

 

　　b.另一类则以钛酸钡为代表，从顺电相到铁电相的过渡是由于其中两个子晶格发生相对位移。对于以为代表的钙钛矿型铁电体，绕射实验证明，自发极化的出现是由于正离子的子晶格与负离子的子晶格发生相对位移。

 

　　特性：

 

　　所有的铁电材料都同时具备铁电性和压电性。铁电性是指在一定温度范围内材料会产生自发极化。由于铁电体晶格中的正负电荷中心不重合，因此即使没有外加电场，也能产生电偶极矩，并且其自发极化可以在外电场作用下改变方向。当温度高于某一临界值时，其晶格结构发生改变，正负电荷中心重合，自发极化消失，这一温度临界值称为居里温度(Tc)。压电性是实现机械能－电能相互转换的一种性质。若在某一方向上给材料施加外力使材料发生形变，其内部会发生极化并在表面产生电荷，这就是压电效应；相反，若给材料施加电场则材料会发生形变而产生机械力，这就是逆压电效应。所有的铁电材料都具备上述2种特性，这是构建机电系统的材料基础之一。

 

　　其最基本的特性为在某些温度范围会具有自发极化，而且极化强度可以随外电场反向而反向，从而出现电滞回线。

 

　　发展前景：

 

　　高性能的铁电材料是一类具有广泛应用前景的功能材料，从目前的研究现状来看，对于具有高性能的铁电材料的研究和开发应用仍然处于发展阶段。研究者们选用不同的铁电材料进行研究,并不断探索制备工艺，只是到目前为止对于铁电材料的一些性能的研究还没有达到令人满意的地步。

 

　　比如，用于制备铁电复合材料的陶瓷粉体和聚合物的种类还很单一，对其复合界面的理论研究也刚刚开始，铁电记忆器件抗疲劳特性的研究还有待发展。

 

　　总之，铁电材料是一类具有广阔发展前景的重要功能材料，对于其特性的研究与应用还需要我们不断的研究与探索，并给予足够的重视。

 

　　低维材料

 

　　维数比三小的叫低维材料，具体来说是二维、一维和零维材料。二维材料，包括两种材料的界面，或附着在基片上的薄膜．界面的深或膜层的厚度在纳米量级。半导体量子阱属二维材料。一维材料，或称量子线，线的粗细为纳米量级。零维材料，或称量子点，它由少数原子或分子堆积而成，微粒的大小为纳米量级．半导体和金属的原子簇(cluster)是典型的零维材料。

 

　　低维半导体材料是非常理想的非线性光学材料之一。低维半导体的研究是现在材料领域发展最快、最吸引人的，并有重要的技术应用前景。是电子器件是20世纪的重大发明之一。

 

　　由于这些材料晶体结构的特异性，故而造成许多低维度材料展现非常奇特的物理现象。例如，这些材料中的电子被限制在一维的线性链或二维的平面上做传输，因而他们的导电性会在某一(或二)晶格方向特别好，而在其他方向导电性明显较差。我们平时常见的铜线或金泊，是不是他们的导电性就只会在铜线线的方向或金泊平面的方向较好呢?答案是否定的。因为在微小电子的世界，铜线或金泊仍然是三维的，电子的传输方向仍然是遵循古典的统计法则而四面八方都有可能。

 

　　机制耦合

 

　　耦合一般指两个或两个以上的系统或运动形式,通过某种媒介或条件而彼此影响以致形成一个统一体的过程。领导控制中的耦合发生在施控主体与受控对象之间,并且是通过各种措施实现的。这种措施体系及其所体现的耦合功能就是使施控主体与受控主体以及受控系统之间实现耦合的机制。按照不同标准,耦合机制可区分为不同类型。按耦合机制性质划分,可分为强制性耦合机制与非强制性耦合机制。前者以强制性力量为基础,后者以非强制性力量为基础。

 

　　超宽谱段覆盖

 

　　是指辐射频谱分布曲线上的两上半最大强度点之间的频率宽度。在光学通信应用中，常用的光谱宽度指定方法是半宽度。这是相同的约定使用的带宽,定义为功率下降不到一半的频率范围(最多?3dB)。应用方法很难适用于频谱复杂形状。指定光谱宽度的另一种方法是一个特例的均方根偏差自变量是波长λ，f(λ)是一个合适的放射量。

 

　　红外线探测器

 

　　在红外线探测器中，热电元件检测人体的存在或移动，并把热电元件的输出信号转换成电压信号。然后，对电压信号进行波形分析。于是，只有当通过波形分析检测到由人体产生的波形时，才输出检测信号。例如，在两个不同的频率范围内放大电压信号，且将被放大的信号用于鉴别由人体引起的信号。于是，误将诸如热电元件的爆米花噪声一类噪声当作为由人体所产生而在准备加以检测乃得以防止。

 

　　组成：

 

　　红外线探测器包括红外线发射器、接收器、以及信号处理器。是靠探测人体发射的红外线来进行工作的。

 

　　工作原理：

 

　　红外探测器是靠探测人体发射的红外线来进行工作的。探测器收集外界的红外辐射进而聚集到红外传感器上。红外传感器通常采用热释电元件，这种元件在接收了红外辐射温度发出变化时就会向外释放电荷，检测处理后产生报警。

 

　　这种探测器是以探测人体辐射为目标的。所以辐射敏感元件对波长为10μm左右的红外辐射必须非常敏感。

 

　　为了对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。

 

　　红外探测器，其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元。而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释电元几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。

 

　　一旦入侵人进入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜而聚焦，从而被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理而报警。

 

　　多视场的获得，一是多法线小镜而组成的反光聚焦，聚光到传感器上称之为反射式光学系统。另一种是透射式光学系统，是多面组合一起的透镜-菲涅尔透镜，通过菲涅尔透镜聚焦在红外传感器上。

 

　　这要指出的是红外面的几束光表示有几个视场，并非红外发红外光，视场越多，控制越严密。

 

　　主要特征：

 

　　一种红外线探测器，其特征在于，包括：热电元件；电流-电压变换器，它把来自所述热电元件的电流变换成电压信号；第一放大器，它以具有发送频带中心在第一频率处的第一带通滤波器特征来放大从所述电流-电压变换器接收到的所述电压信号；第二放大器，它以具有发送频带中心在高于第一频率的第二频率处的第二带通滤波器特征来放大从所述电流-电压变换器接收到的所述电压信号；以及爆米花噪声探测器，它把所述第二放大器的输出信号与阈值相比较以输出爆米花检测信号；

 

　　输出电路，它把所述第一放大器的输出信号与预定阈值相比较以输出检测信号，以及控制器，当从所述爆米花噪声探测器接收到所述的爆米花检测信号时，该控制器控制所述电流-电压变换器、所述第一放大器、所述输出电路、所述第二放大器和所述爆米花噪声探测器中的至少一个，以防止所述输出电路输出所述检测信号。