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SrTiO3光热电探测器价格便宜应用价值高《资讯》

发布时间:2020-08-17 11:45:32 阅读: 来源:葡萄酒发酵罐厂家

2019-01-17 18:58:05来源:大连化学物理研究所

近日,中国科学院大连化学物理研究所研究员姜鹏、中科院院士包信和团队在新型光热电探测器开发研究中取得新进展,相关成果发表在《自然-通讯》(Nature Communications)上。

光热电探测器是基于光热转换和热电转换两个基本能量转换过程的一种探测器。当光照射在热电材料的一端时,光能经过光热转换首先转化为热能,从而在热电材料两端建立温差(ΔT)。在温差的驱动下,载流子会向冷端扩散(即热电转换中的Seebeck效应),进而在材料两端建立电势差。光热电探测器具有自供电、非制冷、响应波长范围宽等优点,在光探测、红外热成像、温度监测等领域具有重要的应用前景。

光热电探测器的响应度正比于材料的Seebeck系数(S)和材料两端的ΔT。传统光热电探测器采用的是Seebeck系数较低(通常小于200μV/K)的传统热电材料,例如Bi2Te3、Sb2Te3等,为了提高响应度,通常需采用微加工工艺来构造阵列结构,这显著增加了制备工艺的复杂性,提高了产品成本。该研究团队突破传统热电材料体系的限制,采用了具有较高室温Seebeck系数(约1000μV/K)的钛酸锶(SrTiO3),同时借助SrTiO3在长波红外大气窗口(8~14μm)的声子吸收来增强光热转换效率。结合这两个优势,单个SrTiO3光热电元件在10μm波长附近的响应度可达1.2V/W。进一步研究表明,SrTiO3光热电探测器的响应波长可从深紫外延伸至远红外,可承受光功率密度可以达到1000W/cm2。

该研究为开发新型高性能光热电探测器提供了全新的思路。另外,相比传统光热电探测器,SrTiO3光热电探测器价格便宜,环境友好,耐高温,器件性能优异且制备工艺简单,意味着SrTiO3光热电探测器具有广阔的实际应用价值。

以上研究工作得到国家重点研发计划、大连化物所创新基金等的资助。

所谓光电效应是指,光辐射入射到光电材料上时,光电材料发射电子,或者其电导率发生变化,或者产生感生电动势的现象。光电效应实质上是入射光辐射与物质中束缚于晶格的电子或自由电子的相互作用所引起的。光电效应就对光波频率(或波长)表现出选择性。在光子直接与电子相互作用的情况下,其响应速度一般比较快。按照是否发射电子,光电效应又分为内光电效应和外光电效应。具体有光电子发射效应、光电导效应、光生伏特效应、光子牵引效应和光电磁效应等。

光热效应的实质是探测元件吸收光辐射能量后,并不直接引起内部电子状态的改变,而是把吸收的光能变为晶格的热运动能量,引起探测元件温度上升,温度上升的结果又使探测元件与温度有关的电学性质或其他物理性质发生变化。原则上,光热效应对光波频率(或波长)没有选择性,因而物质温度的变化仅决定于光功率(或其变化率),而与入射光辐射的光谱成分无关。因为温度升高是热积累的作用,所以光热效应的响应速度一般比较慢,而且容易受环境温度变化的影响。光热效应包括热释电效应、温差电效应和测热辐射计效应等。

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