紅外探測器為紅外熱像儀的(de)核心部件，其主要(yao)的(de)兩(liang)種探(tan)測(ce)(ce)器(qi)(qi)分(fen)為光(guang)子(zi)探(tan)測(ce)(ce)器(qi)(qi)（冷(leng)卻的(de)）和(he)熱(re)探(tan)測(ce)(ce)器(qi)(qi)（未冷(leng)卻的(de)）。當暴露于(yu)紅外輻射時，光(guang)子(zi)探(tan)測(ce)(ce)器(qi)(qi)依賴于(yu)探(tan)測(ce)(ce)器(qi)(qi)材(cai)料(liao)內電(dian)子(zi)—空穴對的(de)生成進行作用，這種方式是最(zui)快(kuai)且最(zui)靈敏的(de)紅外檢測(ce)(ce)技術。然而，它們需要(yao)在低溫下操作以最(zui)小化熱(re)產生的(de)電(dian)子(zi)—空穴對。冷(leng)卻系統增加了(le)整個(ge)系統的(de)尺寸和(he)成本。

熱探測器通過測量溫度(du)(du)相關的(de)物理(li)屬(shu)性來轉換成紅外輻射，且不需(xu)要主動冷卻，具有體積小，節能高(gao)的(de)特點(dian)。但這樣的(de)方式在(zai)靈(ling)敏度(du)(du)和(he)響應時間方面仍落后于光子探測器。

由于頻(pin)(pin)率(lv)(lv)測(ce)(ce)量具有低噪聲和極(ji)(ji)高的(de)靈敏度，采用(yong)(yong)機(ji)械共振頻(pin)(pin)率(lv)(lv)的(de)共振紅外探(tan)測(ce)(ce)器(qi)可(ke)以(yi)成為(wei)(wei)(wei)熱探(tan)測(ce)(ce)器(qi)的(de)突破性(xing)技術。而形(xing)狀(zhuang)記(ji)憶聚合物（SMP）是(shi)可(ke)編程的(de)相變材料(liao)，可(ke)以(yi)記(ji)憶永久(jiu)形(xing)狀(zhuang)，在給(gei)定(ding)條件下可(ke)以(yi)變形(xing)并固定(ding)為(wei)(wei)(wei)臨時(shi)形(xing)狀(zhuang)，隨后在外部刺激下恢復其(qi)原始的(de)永久(jiu)形(xing)狀(zhuang)。SMP的(de)機(ji)械性(xing)能(neng)可(ke)以(yi)使用(yong)(yong)諸(zhu)如溫(wen)度，光(guang)，溶劑和壓(ya)力的(de)刺激來(lai)改變。SMP可(ke)用(yong)(yong)于提高溫(wen)度系數（TCF），因(yin)為(wei)(wei)(wei)它(ta)們(men)的(de)楊氏模量具有極(ji)(ji)高的(de)溫(wen)度依(yi)賴性(xing)。

圖為紅外形狀(zhuang)記憶聚合物諧振(zhen)傳感器工作原(yuan)理

因(yin)此，研究者開發了(le)一(yi)種基(ji)于(yu)熱(re)響應(ying)SMP的(de)(de)(de)高(gao)靈(ling)敏(min)度(du)共振紅外(wai)(wai)探測(ce)器，其(qi)機(ji)械(xie)性(xing)能隨溫度(du)變(bian)化而(er)變(bian)化。這是(shi)首次將(jiang)聚合物的(de)(de)(de)熱(re)相(xiang)變(bian)性(xing)質(zhi)用作紅外(wai)(wai)檢測(ce)的(de)(de)(de)傳導機(ji)制。SMP諧(xie)振器提供了(le)前(qian)所未有的(de)(de)(de)響應(ying)度(du)，因(yin)為具有最高(gao)的(de)(de)(de)溫度(du)系(xi)數。紅外(wai)(wai)輻射會(hui)加(jia)熱(re)SMP，從而(er)改(gai)變(bian)其(qi)機(ji)械(xie)性(xing)能。SMP材料本身(shen)不僅提供了(le)紅外(wai)(wai)到頻(pin)率轉(zhuan)換的(de)(de)(de)機(ji)制，而(er)且在長波(bo)范(fan)圍（即7—14μm）內也是(shi)良(liang)好(hao)的(de)(de)(de)吸收體，從而(er)避免了(le)需(xu)要(yao)額外(wai)(wai)的(de)(de)(de)吸收體層(ceng)的(de)(de)(de)情況。SMP材料的(de)(de)(de)導熱(re)系(xi)數低(di)，可(ke)與(yu)環境實現良(liang)好(hao)的(de)(de)(de)熱(re)隔離。這些特性(xing)不僅在真空中而(er)且在大氣壓下都可(ke)以實現高(gao)靈(ling)敏(min)度(du)的(de)(de)(de)紅外(wai)(wai)熱(re)檢測(ce)。通過(guo)將(jiang)SMP與(yu)SiNx膜一(yi)起用作雙壓電晶片諧(xie)振器，可(ke)以進一(yi)步提高(gao)紅外(wai)(wai)感(gan)應(ying)的(de)(de)(de)靈(ling)敏(min)度(du)。

參考資料：

Ulas Adiyan, Tom Larsen, Juan José Zárate, et al. Shape memory polymer resonators as highly sensitive uncooled infrared detectors[J]. Nature Communications, 10:4518, 1-9, 2019.