红外敏感材料的研制及相应特性的研究

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VO2是一种相变型金属氧化物,随温度的升高,在相变温度(TC=68℃)发生从低温单斜结构向高温四方金红石结构的转变,同时,伴随着电阻率和红外光透过率的突变。这一特有的性质使VO2在众多领域具有好的应用前景,如VO2薄膜材料用于红外成像、制导、资源探测、自动调节温度的自能窗等。近年来的研究发现纳米 VO2材料可显著减小相变时的应力,其电阻突变量和光透过率均增加。与薄膜材料相比,它具有更广阔的应用领域。有机物与纳米 VO2粉体的复合可使制膜更方便,适合制备较大面积的膜。因此纳米 VO2复合材料的制备以及相应物理性能的研究具有很强的理论性和实用性。  随着红外探测技术被越来越多地应用于预警、制导、红外成像、红外激光雷达、资源探测、光谱探测、工业探伤、大气环境监控、医学等军用和民用领域,各国对提高红外探测系统的核心部件——红外探测器性能的研究也越来越关注。因此,本文对石墨作为红外热释电探测器吸收层的相关研究具有非常实际的意义。  本文首先利用化学氧化法制备了PEDT(聚(3,4-乙撑二氧噻吩))薄膜,探讨了工艺条件对膜质的影响,并测试了PEDT的电阻温度特性,以扫描电子显微镜(SEM)观察膜的表面形貌,为纳米VO2/PEDT复合膜的研制做好了铺垫。  然后,以溶液共混法制备纳米 VO2/PEDT复合膜,其电阻温度特性的测试结果表明,复合膜在35℃-45℃温区存在电阻突变现象,突变量达一个数量级,表现出典型的VO2的阻温特性。通过复合膜等效电阻的理想模型讨论,可以知道当复合膜中的电阻以串联结构为主时,复合膜主要表现出高电阻相的特性;若以并联结构为主,则表现低电阻相的电阻特性。  探讨了在制备过程中所使用的离心分散、超声分散和磁力搅拌三种分散方式对复合膜性能的影响。最后的测试结构表明:离心分散法得到的膜在阻温特性上最接近理想模型的计算结果。超声分散法制备的膜阻值较高。而以磁力搅拌法制备的膜在相变温度上向低温区移动。  制备了石墨层作为热释电薄膜探测器的红外吸收层,扫描电镜观察表明石墨为蠕虫状晶体结构。测试结果发现石墨层对PVDF(聚偏氟乙烯)膜的饱和极化强度和矫顽场有非常明显的影响。饱和极化强度随辐射时间增加而降低,而矫顽场的变化比较复杂,整体上比没有吸收层的样品有所升高。从侧面上体现了石墨层的红外吸收性能。最后测试了石墨含量对吸收性能的影响。结果表明石墨含量高的样品会使PVDF膜的饱和极化强度下降。
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