氧化钒材料及其在红外探测应用的研究..

无线红外幕帘探测器红外火焰探测器光电传感器光子型碲镉汞红外探测组件无线红外烟雾探测器光导探测器产生电信号，常用于探测红外辐射和可见光。

HgCdTe 探测器是光子探测器碲镉汞红外探测器材料碲镉汞红外探测器的特点n-on-p型与p-on-n型HgCdTe红外探测器碲镉汞红外探测器的应用碲镉汞中外探测器材料学院碲镉汞红外探测器材料碲镉汞红外探测器的特点n-on-p与p-on-n模式HgCdTe红外探测器碲镉汞红外探测器的应用碲镉汞红外探测器材料碲镉汞红外探测器的特点n-on-p与p-on-n模式HgCdTe红外探测器碲镉汞红外探测器的优缺点及应用层空间宇宙探测等。

碲镉汞红外焦平面探测器可探测的中红外光波波段为2.0 -5.4微米160kHz内置热电冷却器提高灵敏度毫米的热电冷却探测元件非制冷型红外探测器材料——氧化钒氧化钒的晶体结构和相变特性氧化钒薄膜的制备及掺杂原理与工艺氧化钒薄膜的优势及应用材料学院薄膜的折射率在相变点处也呈突变现象。

相变特性三：电阻突变性质•VO 2薄膜在相变前后的电阻将发生突变现象，通常变化幅度约为2-3个数量级，有时可以达到5个数量级。

•相变同样存在温度滞后现象•影响相变的因素：1.掺杂：能较大的改变薄膜的电阻及影响薄膜的相变温度2.衬底材料：非晶态衬底上制备得到的VO 2薄膜的电阻突变幅度最高约2-3个数量级，如玻璃、釉质等；而在蓝宝石衬底上制备得到的薄膜电阻突变幅度可以达到5个数量级。

对于衬底表面进行处理（抛光、刻蚀等）也会产生影响材料学院由于晶系结构的变化, 二氧化钒的光电性能发生了很大的变化, 而非制冷型红外探测器材料——氧化钒氧化钒的晶体结构和性质氧化钒薄膜的制备及掺杂原理与工艺氧化钒薄膜的优势及应用2.1.3 溶胶-凝胶法(Sol-Gel)有机溶胶-凝胶法：采用钒的醇盐与适当的溶剂和水，按比例混合后，搅拌2.2氧化钒薄膜的掺杂降低，当掺钨量为2.1at.%时，薄膜的相变温度为14℃。

氧化钒薄膜材料及非制冷红外探测器微结构设计的研究1. 引言1.1 概述氧化钒薄膜材料及非制冷红外探测器微结构设计是当前光电领域中的研究热点之一。

红外技术具有在暗夜或复杂环境下实现目标探测和成像的能力，因此被广泛应用于军事安防、火灾监测、医学诊断等领域。

然而，传统的制冷红外探测器由于高成本、大尺寸以及复杂维护等问题限制了其在民用领域的普及。

非制冷红外探测器作为一种新型的探测技术，具有体积小、重量轻、无需制冷等优点，在红外领域有着广阔的应用前景。

1.2 研究背景在非制冷红外探测器中，氧化钒薄膜材料作为一种重要的敏感元件已经引起了广泛关注。

氧化钒薄膜具有良好的热电特性和纵横触发效应，可将红外辐射转化为电信号，并显示出快速响应、高灵敏度的特点。

然而，氧化钒薄膜在实际应用中面临着一些挑战，如制备工艺复杂、稳定性差等问题，因此对其进行深入研究和优化设计具有重要意义。

1.3 研究意义本文旨在探索氧化钒薄膜材料以及非制冷红外探测器微结构设计的相关研究，并揭示其在红外技术领域中的应用潜力和发展方向。

通过对氧化钒薄膜材料制备方法和物理性质的分析，可以为制备工艺的改进提供依据，并为其应用领域提供更广阔的空间。

同时，通过对非制冷红外探测器微结构要素及其优化设计进行研究，可以提高非制冷红外探测器的灵敏度和响应速度。

将氧化钒薄膜与非制冷红外探测器相结合，则可实现更高性能的红外成像系统。

我们希望本文能够为相关领域的研究人员提供有益参考，并促进氧化钒薄膜材料和非制冷红外探测器微结构设计技术的进一步发展。

2. 氧化钒薄膜材料研究2.1 氧化钒薄膜的制备方法氧化钒薄膜是一种重要的功能材料，在红外光电子器件中具有广泛的应用。

为了制备高质量的氧化钒薄膜，研究人员尝试了多种不同的制备方法。

一种常用的制备氧化钒薄膜的方法是物理气相沉积（PVD）。

在这个过程中，首先需要将高纯度的金属钒加热至其沸点，形成金属蒸汽。

然后，将基底材料放置在反应室中，并通过调节反应室内部的温度和压力来控制金属钒与基底之间的相互作用。

国内外红外隐身材料研究进展叶圣天;刘朝辉;成声月;班国东【摘要】从红外探测系统的探测方法和Stefan-Boltzmann定律两个方面分析红外隐身材料的隐身原理,得出红外隐身的主要措施有降低目标表面红外发射率和控制目标表面温度.综述了低发射率涂层材料、控温涂层材料、智能隐身材料和生物仿生隐身材料等四种红外隐身材料近几年的国内外研究现状.指出了目前红外隐身材料研究存在的问题,在此基础上,展望了红外隐身材料未来的发展方向.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2015(045)011【总页数】7页(P1285-1291)【关键词】红外隐身;低发射率;控温涂层;智能隐身材料;生物仿生隐身材料【作者】叶圣天;刘朝辉;成声月;班国东【作者单位】后勤工程学院化学与材料工程系,重庆401311;后勤工程学院化学与材料工程系,重庆401311;后勤工程学院化学与材料工程系,重庆401311;后勤工程学院化学与材料工程系,重庆401311【正文语种】中文【中图分类】TN211 引言随着红外探测系统的快速发展和探测精度的提高，军事装备、设施的安全和生存受到了严重威胁，尤其是战斗机、坦克和舰船等具有大功率发动机的移动目标，运动时会产生高温，导致军事目标的红外辐射量大幅度增加，与背景形成强烈的辐射反差，增加了被发现的概率。

红外隐身材料，能够通过涂覆在目标表面等方式弱化目标的红外辐射特征信号，有效降低目标被发现和识别的概率，提高目标的战场生存能力。

因此，红外隐身材料受到世界各军事强国的关注，并投入大量的人力、物力、财力进行研究。

2 红外隐身材料隐身原理2.1 红外探测系统探测方法一切高于绝对零度的物体都能发出红外辐射，红外辐射的光子能量能够使一些活泼金属产生红外光电效应。

红外探测系统的原理就是通过上述红外光电效应把红外辐射特征信号转化为电信号。

红外探测的方法有两种:一是点源探测，与红外探测系统能探测目标的最大距离有关［1］:式中，J为目标红外辐射强度;τa为大气透过率;D0为红外探测系统中光学系统的接收孔径;NA为光学系统的数值孔径;τ0为光学系统的红外透过率;D*为红外探测系统的探测率;ω为瞬时视场;Δf为系统带宽;Vs为信号电平;Vn为噪声电平。

红外热像仪在风能发电行业中的应用热像仪常见问题解决方法红外热像仪在风电设备制造及风力发电站中的应用特别之广泛。

由于红外热像仪测温的非接触性，在模具制造和风机叶片制造过程中，工程师可对察看物体的热模型进行量化和可视化。

同理，红外图像为有效测量物体的温度及相对温度分布供应了便捷的途径。

以及在输变电线路中，通过使用红外热像仪可以检测出常常会显现的套管过热，过载，三相负载不平衡等隐患。

如何选购红外热像仪的技巧1、测温范围和被测物：依据被测物体的温度范围确定测温范围，来选择合适温度段的红外热像仪。

目前市场上的红外热像仪大多会分成几个温度档，比如—402、红外热像仪—像素的选择：首先要确定购买红外热像仪的像素级别，大多红外热像仪的级别和像素有关。

民用红外热像仪中相对高端的产品像素为640*480=307,200，此高端红外热像仪拍摄的红外图片清楚细腻，在3、温度辨别率：温度辨别率体现了一台红外热像仪的温度敏感性，温度辨别率越小红外热像仪对温度的变化感知越明显，选择时尽量选择此参数值小的产品。

红外热像仪测试被测物的紧要目的是通过温度差异找出温度故障点，测量单个点的温度值并没有太大意义，紧要是通过温度差异来找相对的热点，起到预维护的作用。

4、空间辨别率：简单来说空间辨别率越小测温越精准，空间辨别率较小时，被测最小目标覆盖了红外热像仪的像素，测试的温度即被测目标的温度。

假如空间辨别率较高，被测的最小目标不能完全覆盖红外热像仪的像素，测试目标就会受到其环境辐射的影响，测试温度是被测目标及其四周温度的平均温度，数值不够精准。

5、红外与可见光图像的组合功能：假如红外图像和可见光图像组合显示就削减了大量工作，可依据可见光图片来判定红外图片中热点的未知，同时报告自动生成也会大大削减操作时间。

6、温度稳定性：红外热像仪的核心部件为红外探测器，目前紧要有两种探测器氧化钒晶体和多晶硅探测器，氧化钒探测器紧要的优势是测温视域MFOV（MeasurementFieldofView）为1,温度测量是精准明确到1个像素点。

以高灵敏为特征的氧化钒非致冷红外探测器的应用氧化钒非致冷红外探测器属于第三代红外探测器，它广泛应用于工业、农业、国防、医疗、交通等诸多领域，具有体积小、质量轻、功耗低、非致冷的优势，研究学者在多年来都致力于提升该非致冷红外探测器的灵敏度，并通过制备高电阻温度系数的氧化钒薄膜、掺氮氧化钒薄膜和黑金吸收层，提高非致冷红外探测器的性能。

文章从氧化钒非致冷红外探测器的工作原理、构造、材料制备、器件性能和测试等方面进行探讨，并论述其发展前景。

标签：氧化钒；非致冷；红外探测器；高灵敏；器件1 微机电系统和非致冷红外探测器概述微机电系统主要是依据微机电和电化学方法而实现的，其核心元件包括：传感单元和信号传输单元，由这些核心元件制成的传感器可以传感一些生物、化学、物理的参量存在和强度，具有灵敏、准确地测量最小样品量的优点，它们成批地应用于工业领域，常用的传感器有：光传感器、生物传感器、化学传感器、压力传感器，而文章研究的是基于微机电系统中微加工技术的非致冷红外传感器。

非致冷红外探测器广泛应用于军事和商务领域，成为了一种高需求技术，它通过微测辐射热实现传感功能，吸收红外能量大小有关的器件温度变化而引起的电参数的变化实现探测，由于它不是红外直接探测，因而在具有更小的尺寸、更低的功耗的优势之下，还有更长的响应延续时间，非致冷红外探测器的高性能和低功耗优势，使其在市场研发上达到很高的阵列：50um×50um和25um×25um像元尺寸，噪声等效温差可以低于30mK。

伴随着非致冷技术的发展，许多致冷型探测器的红外成像系统也开始运用非致冷探测器阵列，在更高性能的红外成像平台上发挥作用。

2 非致冷红外探测器的理论基础2.1 微测辐射热计理论微测辐射热计是电阻性光敏元，当它接收到红外辐射时，光敏材料的温度增高，电阻即发生变化，电路就可以探测到相应电阻变化引起的微弱电流变化，实现探测。

其探测器的像元膜可以选择不同的氮化硅、二氧化硅和氧化钒热敏电阻材料，以氧化钒热敏电阻材料为例：假设微测辐射热计光敏材料的温度在吸收红外辐射后变化值为△T，氧化钒薄膜电阻变化值为△R，它们之间的关系式表达为：△R=R△T。

分子束外延技术在红外探测领域的应用摘要：对于现代化战争而言，红外技术由于具有安全隐蔽、不易受干扰和保密性强等优点，已经成为不可缺少的关键技术。

红外探测材料的发展决定了红外技术的发展水平，实现高性能和低成本的红外探测器技术，既是红外技术自身发展的必然也是一个国家现代化军事和国民经济发展的需求。

分子束外延技术是一种在超高真空条件下的薄膜生长技术，在高温超导薄膜的研究、多元化合物半导体薄膜的生长等领域应用广泛[1]，由于其生长的材料精准可控，生长环境清洁等优点，是红外探测材料生长的重要渠道。

关键词：分子束外延；红外探测材料；VO21分子束外延技术1.1分子束外延生长原理与优点分子束外延是二十世纪60年代末70年代初由Bell实验室的Arthur和A.Y.Cho等人发展起来的超高真空条件下的外延生长技术。

经典分子束外延设备由生长室、样品传输杆、蒸发源和检测生长的反射式高能粒子衍射仪组成，将所需要的材料放入蒸发源中，通过蒸发源控制器控温加热，使所需要的元素以分子或者原子的方式蒸发到保持在一定温度的衬底上，分子或者原子在衬底表面吸附和转移，以形成所需的高精度薄膜材料。

延生长相对于其他生长方式有一定的优点，第一能控制生长薄膜的层数，制备原子级别的单晶层，并创造出自然界中不存在的结构；第二能精准控制束流和衬底条件，从而得到理想的薄膜材料；第三能生长出高质量的薄膜材料，由于其生长的坏境为高真空，并可以在低温下生长，这就避免了不必要的杂质，从而提高生长薄膜材料的质量；第四能监测薄膜材料的生长和动力学生长过程，从而调整和预测薄膜材料的质量，这需要通过安装高能粒子衍射仪（RHEED）来实现。

1.2薄膜材料的生长模式薄膜材料的生长是一个受到很多因素影响的过程，主要因素有两个，一是动力学因素，主要是指原子由蒸发源蒸镀到衬底上的特定条件，比如生长的速度、各原子的比例、衬底的具体结构和温度等；二是热力学因素，它主要是指降低生长过程中薄膜系统能量的一些因素，比如薄膜与衬底的晶格失配和各原子之间的相互作用等。

氧化钒材料在红外探测器中的应用2012年10月摘要由于红外辐射是人眼不可见的，要察觉其存在，测量其强弱，就必须首先利用红外探测器将其转换为某种便于测量的信号。

红外探测器是红外探测或成像系统中的核心器件，也是红外技术发展最活跃的领域。

红外技术的发展水平，通常是以红外探测器的发展水平为主要标志的。

氧化钒作为一种被普遍看好的探测器材料成为各国研究的热点。

本文主要介绍了二氧化钒和五氧化二钒的结构、二氧化钒相变原理并从相变晶体学和相变时的能带变化的角度介绍了相变特征，对影响相变的因素也进行了一定的分析。

随后介绍了氧化钒材料在红外探测中的应用，其中重点介绍了氧化钒热敏薄膜研究以及微测辐射热计红外探测器。

关键词：氧化钒，相变原理，红外探测器AbstractInfrared radiation is not visible to people’s eyes, so we must use the infrared detector to convert it to a convenient measurement signal when detecting its existence or measuring its strength. Infrared detector is the core device of infrared detection or imaging system, and it is also the most active field of the development of infrared technology. The level of development of infrared techn ology, usually represented by the level of infrared detector’s development. Vanadium oxide has been a research focus of all countries as a very good detector’s material. This paper mainly introduces the structure of VO2and V2O5, phase transition principle of VO2and its transformation characteristics from the perspectives of crystallography and band changes when phase changed, then we analysis the factors which influence phase change. Finally, the paper introduces the appliance of vanadium oxide in infrared detection, mainly focusing on the research of thin film of vanadium oxide as well as the micro bolometer IR detector..Key words:Vanadium oxide，Principle of phase transformation，Infrared detector目录摘要 (1)Abstract (2)目录 (3)绪论 (4)1氧化钒的结构 (5)1.1 二氧化钒 (5)1.2 五氧化二钒 (7)2相变原理 (7)2.1 氧化钒相变原理 (7)2.2 VO2的相变特征 (8)2.3 影响相变的因素 (9)3氧化钒材料在红外探测中的应用 (12)3.1 红外探测器综述 (12)3.2 氧化钒热敏薄膜研究 (15)3.3 微测辐射热计红外探测器 (20)总结 (28)参考文献 (28)绪 论V-O 系是一个有多种化学计量配比化合物的系统,由于V 的价态结构非常复杂，可以和氧结合形成以X Y V O 状态存在的多种氧化物以及它们的混合相。

红外探测技术的进展、应用及发展趋势葛文奇（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春１３００３３）【摘要】简要介绍了红外技术的发展历史、成像原理及红外器件，并对制冷技术、红外光学系统、前视红外（ＦＬＩＲ）及红外搜索跟踪系统（ＩＲＳＴ）、红外隐身与对抗技术和数据融合技术做了概述，对红外器件、ＩＲＳＴ及其未来发展趋势进行了综述。

关键词：红外器件；制冷技术；光学系统；搜索跟踪系统（ＩＲＳＴ）；发展趋势中图分类号：ＴＮ２１５ＣｕｒｒｅｎｔＳｔａｔｕｓａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＴｒｅｎｄｓｏｆＯｐｔｉｃａｌＦｉｂｅｒＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＧｅＷｅｎ－ｑｉ（ＣｈａｎｇｃｈｕｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｉｃｓ，ＦｉｎｅＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＰｈｙｓｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００３３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｈｉｓｔｏｒｙｏｆｉｎｆｒａｒｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏｐｙ，ｉｍａｇｅｒｙｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｉｎｆｒａｒｅｄｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓａｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｃｏｏｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｉｎｆｒａｒｅｄｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍ，ＦＬＩＲ，ＩＲＳＴ，Ｉｎｆｒａｒｅｄｓｔｅａｌｔｈａｎｄｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｄａｔａｆｕｓｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｒｅａｌｓｏｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｔｒｅｎｄｏｆｉｎｆｒａｒｅｄｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓａｎｄＩＲＳＴａｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｎｆｒａｒｅｄｃｏｍｐｏｎｅｎｔ；ｃｏｏｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍ；ＩＲＳＴ；ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｔｒｅｎｄ１引言红外技术在军事应用的牵引和推动下，得到快速发展。

红外系统有如下４方面优点：１．环境适应性好，在夜间和恶劣气象条件下的工作能力优于可见光；２．被动式工作，隐蔽性好，不易被干扰；３．靠目标和背景之间各部分的温度和发射率形成的红外辐射差进行探测，因而识别伪装目标的能力优于可见光；４．红外系统的体积小、质量轻、功耗低。

2017年第36卷第11期 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS·4099·化 工 进展二氧化钒在红外伪装隐身技术中的应用研究进展嵇海宁，刘东青，张朝阳，程海峰，杨力祥（国防科技大学新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室，湖南 长沙 410073）摘要：二氧化钒是一种具有热致相变性质的功能材料，其相变温度接近于室温，在相变温度处发生金属-绝缘体转变并伴有电阻率和红外发射率的突变，具有重要的研究价值和潜在的应用前景。

本文综述了二氧化钒的热致相变特性和相变温度的调控方法。

基于二氧化钒可以主动降低红外发射率，控制自身红外辐射强度，总结了二氧化钒薄膜和粉体在红外伪装隐身中的研究进展，并对二氧化钒用于红外伪装隐身情形进行了模拟分析。

最后提出了制备高纯单相二氧化钒纳米粉体、增加二氧化钒涂层的热致变发射率突变量、系统研究二氧化钒的中远红外特性以及实现可见/红外兼容伪装等方面是今后的发展趋势。

关键词：二氧化钒；相变；红外；伪装隐身中图分类号：TB381 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2017）11–4099–07 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0243Application advances of vanadium dioxide in infrared camouflage andstealth technologyJI Haining ，LIU Dongqing ，ZHANG Chaoyang ，CHENG Haifeng ，YANG Lixiang（Science and Technology on Advanced Ceramic Fibers and Composites Laboratory ，National University of DefenseTechnology ，Changsha 410073，Hunan ，China ）Abstract ：Vanadium dioxide is a thermochromic functional material that undergoes a reversible metal-insulator phase transition at near room temperature. This phase change is accompanied by a marked change in resistivity and infrared emissivity. Vanadium dioxide materials are of important research value and potential application prospects. Thermochromic properties of vanadium dioxide and the regulation of its phase transition temperature are reviewed. Since the infrared radiation intensity of vanadium dioxide could be controlled by reducing its infrared emissivity actively ，the research progress of vanadium dioxide thin films and powders in the infrared camouflage and stealth technology are summarized. Besides ，tha application of vanadium dioxide for infrared camouflage stealth is also simulated and analyzed. Finally ，it is proposed that the preparation of high purity single phase vanadium dioxide powders ，the increase of thermally induced emissivity changes of vanadium dioxide ，c omprehensive study of the mid-IR and far-IR characteristics ，and visible/infrared compatible camouflage will be the trends of future research ．Key words ：vanadium dioxide ；phase change ；infrared ；camouflage and stealth在高技术条件下的信息化局部战争中，通过信息对抗争夺制信息权如同以往夺取制空权、制海权一样，成为现代战争的焦点，而侦察监视与伪装隐身日益成为信息对抗的矛和盾[1]。