近日，大連化學(xué)物理研究所姜鵬研究員、包信和院士團(tuán)隊(duì)在新型光熱電探測(cè)器開(kāi)發(fā)研究中取得新進(jìn)展，相關(guān)成果發(fā)表在《自然-通訊》(nature communications)上。
光熱電探測(cè)器是基于光熱轉(zhuǎn)換和熱電轉(zhuǎn)換兩個(gè)基本能量轉(zhuǎn)換過(guò)程的一種探測(cè)器。當(dāng)光照射在熱電材料的一端時(shí)，光能經(jīng)過(guò)光熱轉(zhuǎn)換首先轉(zhuǎn)化為熱能，從而在熱電材料兩端建立溫差(δt)。在溫差的驅(qū)動(dòng)下，載流子會(huì)向冷端擴(kuò)散(即熱電轉(zhuǎn)換中的seebeck效應(yīng))，進(jìn)而在材料兩端建立電勢(shì)差。光熱電探測(cè)器具有自供電、非制冷、響應(yīng)波長(zhǎng)范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，在光探測(cè)、紅外熱成像、溫度監(jiān)測(cè)等軍用、民用領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。
光熱電探測(cè)器的響應(yīng)度正比于材料的seebeck系數(shù)(s)和材料兩端的δt。傳統(tǒng)光熱電探測(cè)器采用的是seebeck系數(shù)較低(通常小于200μv/k)的傳統(tǒng)熱電材料，例如bi2te3、sb2te3等，為了提高響應(yīng)度，通常需采用微加工工藝來(lái)構(gòu)造陣列結(jié)構(gòu)，這顯著增加了制備工藝的復(fù)雜性，提高了產(chǎn)品成本。該研究團(tuán)隊(duì)突破傳統(tǒng)熱電材料體系的限制，采用了具有較高室溫seebeck系數(shù)(約1000μv/k)的鈦酸鍶(srtio3)，同時(shí)借助srtio3在長(zhǎng)波紅外大氣窗口(8~14μm)的聲子吸收來(lái)增強(qiáng)光熱轉(zhuǎn)換效率。結(jié)合這兩個(gè)優(yōu)勢(shì)，單個(gè)srtio3光熱電元件在10μm波長(zhǎng)附近的響應(yīng)度可達(dá)1.2v/w。進(jìn)一步研究表明，srtio3光熱電探測(cè)器的響應(yīng)波長(zhǎng)可從深紫外延伸至遠(yuǎn)紅外，可承受光功率密度可以達(dá)到103w/cm2。
該研究為開(kāi)發(fā)新型高性能光熱電探測(cè)器提供了全新的思路。另外，相比傳統(tǒng)光熱電探測(cè)器，srtio3光熱電探測(cè)器價(jià)格便宜，環(huán)境友好，耐高溫，器件性能優(yōu)異且制備工藝簡(jiǎn)單，意味著srtio3光熱電探測(cè)器具有廣闊的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
以上研究工作得到了重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、大連化物所創(chuàng)新基金等項(xiàng)目資助。
(原文標(biāo)題：大連化學(xué)物理研究所新型光熱電探測(cè)器研究取得新進(jìn)展)