基于閃蝶翅膀納米結(jié)構(gòu)局部熱變形的紅外探測(cè)研究.pdf

1、紅外線是波長(zhǎng)介于可見光和微波之間的電磁波，由于它的非破壞性以及其可揭示的信息，在工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療診斷以及軍事探測(cè)等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，這決定了紅外探測(cè)的重要性。
　　紅外探測(cè)技術(shù)一般分為兩種：紅外熱探測(cè)以及紅外光子探測(cè)。紅外熱探測(cè)器是通過(guò)紅外光改變探測(cè)材料溫度從而造成探測(cè)材料物理性質(zhì)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)紅外探測(cè)的；而紅外光子探測(cè)則是通過(guò)紅外光子與電子之間的相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)探測(cè)的。雖然紅外光子探測(cè)裝置要比紅外熱探測(cè)裝置具有更高的敏感性、響應(yīng)速度

2、以及空間分辨率，但是紅外光子探測(cè)器又有自身的不足，即需要額外的制冷，這不僅增加了制造成本也使探測(cè)儀器變得復(fù)雜且笨重，這大大限制了其應(yīng)用。
　　仿生工程提供了一種新的視角去實(shí)現(xiàn)紅外探測(cè)。本論文首先大致介紹了一些仿生紅外探測(cè)的研究，例如火甲蟲對(duì)長(zhǎng)波紅外的探測(cè)，蛇類對(duì)紅外異常靈敏的探測(cè)以及利用基于閃蝶翅膀的紅外探測(cè)。閃蝶由于其光子晶體結(jié)構(gòu)以及其結(jié)構(gòu)色，吸引了很多研究工作者的關(guān)注，一大批基于閃蝶翅膀的高性能的化學(xué)傳感器、紅外傳感器、熱探測(cè)

3、器、磁場(chǎng)探測(cè)以及PH值傳感器等被研發(fā)出來(lái)。
　　基于閃蝶翅膀獨(dú)特的納米結(jié)構(gòu)，在本論文研究中，我們利用氧等離子刻蝕技術(shù)首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)蝶翅的微納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行可控削減修飾。這不僅為研究蝶翅光學(xué)性能提供了一個(gè)新的視角，更增強(qiáng)了我們對(duì)生物結(jié)構(gòu)的操控能力；此外通過(guò)利用熱蒸鍍技術(shù)的視角效應(yīng)，我們?cè)诘嵛⒓{米結(jié)構(gòu)上選擇性修飾了一層金，得到三維尺度上的雙層懸臂梁結(jié)構(gòu)，并將其應(yīng)用到紅外探測(cè)領(lǐng)域。不同于修飾了單壁碳納米管（SWNTs）的蝶翅在紅外光下所產(chǎn)生

4、的微納米結(jié)構(gòu)整體膨脹，選擇性修飾了金的蝶翅則會(huì)發(fā)生局部彎曲，這是由于雙層懸臂梁結(jié)構(gòu)中金和蝶翅本身的材料的膨脹系數(shù)不同，故在紅外光的照射下，懸臂梁會(huì)向膨脹系數(shù)小的材料發(fā)生彎曲。這就會(huì)造成片層之間反射光的光程差，這些局部彎曲在三維尺度上進(jìn)行疊加就會(huì)造成蝶翅整體光學(xué)信號(hào)的改變，從而將不可見的紅外信號(hào)轉(zhuǎn)化為可見光信號(hào)。本文實(shí)現(xiàn)了約為32 mK的溫度靈敏性以及5 Hz的紅外響應(yīng)速率，并利用FDTD模擬軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了模擬，驗(yàn)證了雙層結(jié)構(gòu)局部熱