双材料微悬臂褶皱梁的基础力学问题研究及其在光学读出非制冷红外焦平面中的应用

非制冷红外成像技术是我国社会各领域都急需的高科技技术，也是我国迫切需要解决的关键科学技术。申请人所在课题组研制的光学读出非制冷红外热像仪的噪声等效温度差已达到100mK，实现了产业化的典型指标，但由于采用的红外焦平面难以兼顾小像素（像元30微米）、高性能（噪声等效温度差≤60mK）的技术需求，受到了当前第三代非制冷红外成像技术的挑战。对此，申请人在研究新的技术方案时，发现了一种有望取代现有双材料微悬臂梁的新型换能机构：双材料微悬臂褶皱梁。初步实验表明，它的热致弯曲变形效率比无褶皱结构的双材料微悬臂梁提高了数倍。本项目以该实验现象为依据，通过理论与实验相结合，深入研究双材料微悬臂褶皱梁的基础力学问题，其研究成果不仅可以应用在光学读出非制冷红外焦平面中，为第三代非制冷红外成像技术在小像素、高性能方面提供技术支撑，具有重要的战略意义，还可以广泛应用在MEMS传感器/执行器中，具有广阔的市场前景。

非制冷红外成像技术是我国社会各领域都急需的高科技技术，也是我国迫切需要解决的关键科学技术。申请人在基金委的资助下，开展了双材料微悬臂褶皱梁的基础力学问题及光学读出非制冷红外成像系统研究，具体包括以下几方面：.1. 设计、制作并实验验证了不同结构（平直梁、褶皱梁）、不同尺寸（320×240、640×480）、不同材料（SiNx和Au、SiO和Al）的双材料焦平面阵列，建立了双材料微悬臂褶皱梁的有限元仿真分析平台。.2. 设计了基于偏振光原理的新型光学读出系统。该系统大幅度降低了杂散光的影响，提高了系统的光学检测灵敏度。.3. 提出了基于电学比拟方法的无基底焦平面阵列的热响应理论模型。.4. 提出了针对无基底焦平面阵列的红外图像复原算法，有效增强了红外图像的细节分辨能力。.5. 开展了针对蛇颊窝的仿生研究，找到了无基底焦平面阵列结构的仿生学依据。.上述研究成果不仅可以应用在光学读出非制冷红外焦平面中，还可以应用在相关MEMS传感器中。这些成果已经通过论文、专利、会议的形式公开发表。在项目执行期间，共发表学术论文25篇（已标注），其中，SCI收录论文18篇，EI收录论文19篇，ISTP收录论文1篇，共申请发明专利2项，同时，参加国内学术会议3次，国际学术会议1次。