研发了红外检测灵敏度增强膜

根据Stefan-Boltzmann定律，常规材料的红外热辐射功率Prad与温度T的四次方成正比。

基于此关系，红外热像仪可以通过测量来表征物体表面的温度分布。

的普拉德。

常温红外检测技术广泛应用于红外夜视，安全监控，电路检测，医学诊断，结构缺陷筛选和科学研究。

等效噪声温差（NoiseEquivalentDifferentialTemperature，NEDT）是决定红外摄像机的温度灵敏度和成像质量的关键性能参数。

但是，以前改善NEDT的工作主要限于改善红外信号的接收和感测，而忽略了从Prad和T之间的关系角度寻找突破的可能性。

受此限制的影响，正常人的NEDT温度红外探测器在达到20-40mK时遇到瓶颈，并且在过去的20年中没有明显的进步。

在这种背景下，美国加州大学伯克利分校的吴俊乔（Wu Junqiao）研究小组在金属绝缘体相变材料，光学材料的帮助下，开发了一种新型的红外检测灵敏度增强膜（Thermal Imaging Sensitizer，TIS）。

共振结构和薄膜转移技术。

TIS技术突破了Prad与T4成比例的局限，在现有基础上将红外检测的灵敏度提高了15倍以上。

它首次实现了毫ikelilvin级的常温红外检测，从而提高了成像质量并扩展了应用范围。

新的表征技术的发展具有重要的意义。

该研究结果最近在国际著名的学术期刊《科学进展》（Science Advances）上发表，标题为“ Millikelvin分辨环境热成像”。

图1.基于金属-绝缘体相变的TIS技术的结构。

其原理和应用图如图1所示。

TIS由掺钨的氧化钒（WxV1-xO2），BaF2和Ag结构组成。

当WxV1-xO2处于绝缘体状态时，它对红外辐射基本上是透明的，并且该系统类似于具有低红外发射率ε的简单金属镜结构。

当温度升高时，转变为金属态的WxV1-xO2对红外辐射有影响。

具有更高的吸收率，再加上1/4波长谐振器结构，系统的ε会突然增加。

对于发射率随温度变化的材料，红外检测温度TIR与实际温度T之间的关系可以表示为：由于TIS的ε在相变温度附近对T非常敏感，因此dTIR / dT可能远远超过极限传统材料（dTIR / dT〜1）的使用，从而极大地改善了NEDT。

在这项工作中，高达15或更高的dTIR / dT可以实现毫ikelvin级的红外检测，这对于许多应用具有重要意义。

图2. TIS在物理结构，光学性质和灵敏度增强方面的表征。

制得的TIS膜具有良好的柔韧性，可以广泛地附着在各种表面上； W掺杂浓度可以灵活地调节相变温度。

它适用于不同的应用场景（如图2所示）。

高dTIR / dT对NEDT的改善效果可以通过类似的“瑞利判据”（Rayleigh Criterion）来证明。

实验如图2所示。

对于附近的两个无法用普通红外成像识别的热源，借助TIS将NEDT从45mK降低到3mK，以便红外成像可以识别出精细的温度分布并清楚地区分这两个热源。

电子设备的热成像分析将大大受益于温度灵敏度的提高。

通过检测表面微小的焦耳热，毫ikelvin级的红外成像可以快速，无损坏并分析整个电路的工作状态。

如图3A所示，在不同处理频率下工作的CPU产生的热量会稍有不同，通过TIS增强的红外检测可以清楚地区分它们，然后确定CPU的实时状态。

此外，通过校准电路板电路中的电流大小和发热，TIS增强的红外成像可以定量快速地检测电路中的电流大小和分布（图3B和3C），极大地方便了电气设备的评估和系统监控和分析。

图3. TIS应用演示电路工作状态分析此外，TIS技术将带来突破性进展