研究了一种基于超材料结构的红外热探测器，该探测器利用光学超材料的局域场增强效应和热释电材料的温度敏感特性，实现对红外辐射的探测。利用有限元分析方法，研究了超材料吸收器的红外吸收特性和电磁场特性，分析了超材料吸收器与热释电材料（LiTaO3）耦合结构的热学性能。结果表明，设计的超材料吸收器，可在3~15 μm范围内调制峰值波长（主要覆盖大气窗口（8~14 μm）），吸收率可达99.9%，带宽范围为0.2~1.0 μm。当探测器的尺寸为23 μm×23 μm时，探测器稳态温度升高量为0.311 K，与类似工作相比，温度提升了约21倍。改进的红外热探测器具有显著的温度响应，适用于大规模像元级非致冷中远红外波段的热成像与传感应用。

The characterization of pyroelectric materials is essential for the design of pyroelectric-based devices. Pyroelectric current measurement is the commonly employed method, but can be complex and requires surface electrodes. Here, we present noncontact electrostatic voltmeter measurements as a simple but highly accurate alternative, by assessing thermally-induced pyroelectric surface potential variations. We introduce a refined model that relates the surface potential variations to both the pyroelectric coefficient and the characteristic figure of merit (FOM) and test the model with square-shaped samples made from PVDF, LiNbO₃ and LiTaO₃. The characteristic pyroelectric coefficient for PVDF, LiNbO₃ and LiTaO₃ was found to be 33.4, 59.9 and 208.4 μC m−2 K−1, respectively. These values are in perfect agreement with literature values, and they differ by less than 2.5% from values that we have obtained with standard pyroelectric current measurements for comparison.

针对目前非分光红外（NDIR）CO₂传感器灵敏度差、量程小的问题，设计并实现了一种微型双通道NDIR CO₂气体传感器。该红外传感器主要由双通道热释电探测器、信号读出与处理电路、温度传感器与光路气室构成。建立了温度、CO₂浓度与探测器输出值之间的关系模型，实现了传感器的温度补偿功能。测试结果表明，所设计传感器能够实现在0~40 ℃温度范围内，0%~5%气体浓度的测量，且在0%~2%浓度下测量误差值小于0.1%，在2%~5%浓度下测量误差值小于0.25%。

红外探测技术现已普及多种领域，受到了世界各国的重视。热释电材料作为其核心灵敏元材料之一，已成为近年来电介质物理与材料研究的热点。作为一种典型的铁电材料，钛酸铋钠基陶瓷因其较高的退极化温度与较大的热释电系数受到了广泛的重视。总结了钛酸铋钠基热释电陶瓷的研究现状，归纳了在不同组元中增强热释电效应的手段，并进行了性能比较。结果表明，通过单组元受主掺杂可以获得兼具较高退极化温度与较大热释电系数的无铅陶瓷材料。最后对目前存在的一些问题进行了讨论。

为解决旋转热释电日照计(RPSDR)室外校准易受环境影响、重复性差、效率低等问题,提出了一种以双氙灯光源积分球系统校准RPSDR的室内校准方法。根据RPSDR的组成、结构和测量原理,利用太阳模拟、积分球环境模拟等技术,设计了以氙灯太阳模拟器输出直接辐射、以穹顶氙灯模拟散射辐射的双光源积分球日照计校准系统,提出了积分球结构参数,分析了氙灯光源的辐照度分布和光谱修正,建立了在室内进行日照阈值校准、在室外进行日照时数验证的综合性RPSDR校准方法。经测试,校准系统的有效辐照面内的辐照度均匀性含中心点时为2.5%,不含中心点时为1.6%,有效辐照面内每小时的阈值点辐照度稳定性为0.68%,光源匹配AM1.5 A级太阳光谱能量分布;对一台RPSDR进行室内阈值校准和室外日照时数比对实验,结果验证了经系统校准后的RPSDR测量的日照时数与直接辐射表测量的日照时数参考值的相对误差不超过1%,绝对误差不超过0.26 h,满足气象行业日照时数的观测要求。

The dielectric and pyroelectric performances of 91.5Na0.5Bi0.5TiO₃–8.5K0.5Bi0.5TiO₃ lead-free single crystal were investigated. The depolarization temperature of the crystal is about 153 ∘C. Among the <001>, <110>, and <111> crystallographic orientations, the <111>-oriented crystal possesses the highest pyroelectric coefficient and the largest figures of merit, and the values of p, Fv, and Fdare 5.63×10−4 C/m² •K, 0.06 m²/C, and 21.5 μPa−1/2 for the <111>-oriented crystal at room temperature. The Fdand Fvexhibit weak frequency dependence in the range of 100–300 Hz. With the increase of the temperature, the value of pincreases, while the value of Fv decreases from 18 ∘C to 103 ∘C.The dielectric and pyroelectric performances of 91.5Na0.5Bi0.5TiO₃–8.5K0.5Bi0.5TiO₃ lead-free single crystal were investigated. The depolarization temperature of the crystal is about 153 ∘C. Among the <001>, <110>, and <111> crystallographic orientations, the <111>-oriented crystal possesses the highest pyroelectric coefficient and the largest figures of merit, and the values of p, Fv, and Fdare 5.63×10−4 C/m² •K, 0.06 m²/C, and 21.5 μPa−1/2 for the <111>-oriented crystal at room temperature. The Fdand Fvexhibit weak frequency dependence in the range of 100–300 Hz. With the increase of the temperature, the value of pincreases, while the value of Fv decreases from 18 ∘C to 103 ∘C.

以Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT或PMNT)为代表的弛豫铁电单晶具有远高于常用锆钛酸铅Pb(ZrxTi1-x)O3(PZT)陶瓷的压电性能, 引起了基于新一代压电单晶的功能器件研究热潮。本研究团队在国际上率先利用Bridgman方法生长出了大尺寸、高质量PMN-PT等弛豫铁电单晶(d33～2 000 pC/N, k33～92%), 并对PMN-PT等弛豫铁电单晶的生长、多层次微观结构和性能调控进行了多方面的研究, 发现弛豫铁电单晶不仅具有超高压电性能, 还具有突出的热释电性能、电光性能以及与磁致伸缩材料复合形成磁电复合材料的超高磁电耦合性能。本研究团队多年来一直在努力推动弛豫铁电单晶在医用超声换能器、热释电红外探测器、电光器件、磁电型弱磁传感器等各种器件的应用研究。本文主要总结了弛豫铁电单晶的多功能特性, 并介绍了本研究团队在弛豫铁电单晶器件应用上的研究结果。

建立和完善了电流模式Pb(In1/2Nb1/2)O3--Pb(Mg1/3Nb2/3)O3--PbTiO3(PI-MNT)热释电红外探测器的理论模型(单通道和并联补偿型)以及微音噪声模型。利用理论模型进行了仿真模拟，然后设计和制备了一种单通道和两种补偿型(灵敏元分隔型和一体型)PIMNT热释电红外探测器。测试并比较了这三种探测器的响应率RV、噪声un、比探测率D*以及微音噪声uvib。结果表明，与单通道PIMNT红外探测器相比，补偿型红外探测器的探测能力虽然略有下降，但抗干扰能力却得到了极大提高。