基于Au/Si壳核结构纳米天线阵列多波段增强型红外热释电探测器研究

批准号:
61705070
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
李明钰
依托单位:
学科分类:
F0504.红外与太赫兹物理及技术
结题年份:
2020
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
曾亦可、刘品、黄驰、包润溪
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中文摘要
随着人们对于环境问题的关注度逐渐提高,如何有效准确地检测空气中气体成分与浓度的变化,成为了环境治理工作的关键。红外探测器以其性能稳强、灵敏度高、选择性好、动态测量范围大等优点广泛应用于气体探测领域。然而,目前的红外气敏探测器只能借由分立滤光片对探测波长进行选择,很难实现多种气体同时检测的功能。本项目创新性地提出自结晶生长的Au/Si核壳结构纳米天线阵列的新型光热耦合结构,用以实现具有窄带滤波功能的宽频可调红外热释电探测器。该新型光热耦合结构借由核壳结构的光学谐振效果增强光吸收的同时,通过其壳核比的调控突破了金属纳米天线只能通过形貌改变实现光吸收波段控制的限制。本项目通过对Au/Si核壳结构纳米天线的结晶规律以及其形貌结构与光波耦合的内在联系的研究为红外气敏探测器在性能与尺度上的改进提出了全新的思路,对推动气体探测技术发展具有重要意义。
英文摘要
With the increased concern on environment problems, how to detect the composition and concentration change of gas in air effectively and accurately has become crucial issue for the environmental improvement. Infrared gas sensors have been widely engaged in gas detection owing to their high stability, sensitivity, spectral selectivity, large dynamical sensing range, and etc. However, infrared gas sensors have to work with various discrete optical filters in air to select a certain characteristic wavelength for each gas. Therefore, we propose a novel nanostructure of Au/Si core-shell nanoatenna arrays fabricated via self-crystallization for energy conversion from light to heat, which can be applied in the IR pyroelectric detector with a tunable sensing wavelength in a broadband range. This novel nanostructure can efficiently enhance the light absorption via the surface plasmon resonance, and provide a new approach for sensing wavelength selection via the control of core shell ratio rather than simply via the control of the configuration of the nanoantenna. We systematically investigate the evolution on the growth of nanoantenna and the related optical properties, which offers a new way to optimize the performance and minimize the size of IR gas detector. This proposal can significantly affect the innovation on gas sensing.
着人们对于环境问题的关注度逐渐提高,如何有效准确地检测空气中气体成分与浓.度的变化,成为了环境治理工作的关键。红外探测器以其性能稳强、灵敏度高、选择性好.、动态测量范围大等优点广泛应用于气体探测领域。然而,目前的红外气敏探测器只能借.由分立滤光片对探测波长进行选择,很难实现多种气体同时检测的功能。本项目创新性地.提出自结晶生长的Au/Si核壳结构纳米天线阵列的新型光热耦合结构,用以实现具有窄带.滤波功能的宽频可调红外热释电探测器。为了实现该设计,项目从热释电性能调控、纳米天生长机理与光学性质研究以及器件结构与性能优化三个部分实施该项目。具体来说,项目突破传统对于热释电材料通过掺杂改变其热释电系数来提高响应的固有思维,通过填充高热导率的材料(AlN、BN、ZnO),在热释电材料内部形成热导网络,进而实现热释电系数与传热速度的同步提升。项目还针对纳米天线的生长工艺与形貌调控展开讨论,利用FDTD理论仿真研究了形貌变化对于天线光响应调控的机理。通过对比发现具有纳米光学天线的新型热释电红外探测器完全可以胜任对于波段可调与单波段增强的设计。在该项目的支持下,发表SCI 文章18 篇,申请国家发明专利3 项,超额完成了预期任务。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Enhanced pyroelectric properties of lead-free BNT-BA-KNN ceramics for thermal energy harvesting
用于热能收集的无铅 BNT-BA-KNN 陶瓷的增强热释电性能
DOI:10.1111/jace.16250
发表时间:2019
期刊:Journal of the American Ceramic Society
影响因子:3.9
作者:Shen Meng;Qin Yanfeng;Zhang Yujing;Marwat Mohsin Ali;Zhang Chao;Wang Wanqiang;Li Mingyu;Zhang Haibo;Zhang Guangzu;Jiang Shenlin
通讯作者:Jiang Shenlin
Ultra Uniform Pb(0.865)La(0.09)(Zr(0.65)Ti(0.35))O₃ Thin Films with Tunable Optical Properties Fabricated via Pulsed Laser Deposition.
通过脉冲激光沉积制备具有可调光学性能的超均匀 Pb0.865La0.09(Zr0.65Ti0.35)O-3 薄膜
DOI:10.3390/ma11040525
发表时间:2018-03-29
期刊:Materials (Basel, Switzerland)
影响因子:--
作者:Jiang S;Huang C;Gu H;Liu S;Zhu S;Li MY;Yao L;Wu Y;Zhang G
通讯作者:Zhang G
Facile fabrication of configuration controllable self-assembled Al nanostructures as UV SERS substrates
轻松制造配置可控的自组装 Al 纳米结构作为 UV SERS 基底
DOI:10.1039/c8nr08555b
发表时间:2018-12-28
期刊:NANOSCALE
影响因子:6.7
作者:Su, Dong;Jiang, Shenglin;Li, Ming-Yu
通讯作者:Li, Ming-Yu
Effects of Fe and Al co-doping on the leakage current density and clamp voltage ratio of ZnO varistor
Fe、Al共掺杂对ZnO压敏电阻漏电流密度和钳位电压比的影响
DOI:10.1016/j.jallcom.2018.03.106
发表时间:2018-05
期刊:Journal of Alloys and Compounds
影响因子:6.2
作者:Shen Jinlou;Zhang Yujing;Li Mingyu;Bao Runxi;Shen Meng;Huang Chi;Zhang Guangzu;Ke Yabing;Li Honglang;Jiang Shenglin
通讯作者:Jiang Shenglin
Giant electrocaloric effect of free-standing Pb0.85La0.1(Zr0.65Ti0.35)O-3 thick films fabricated by the self-lift-off screen printing method
自剥离丝网印刷法制备自支撑Pb0.85La0.1(Zr0.65Ti0.35)O-3厚膜的巨电热效应
DOI:10.1016/j.ceramint.2017.09.158
发表时间:2018
期刊:Ceramics International
影响因子:5.2
作者:Shen Meng;Jiang Shenglin;Li Mingyu;Liu Yang;Liu Huan;Liu Pin;Fan Baoyan;Qiu Shiyong;Zhang Guangzu;Wang Qing
通讯作者:Wang Qing
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