提出了一种通过制作面内微结构实现聚酰亚胺薄膜面内热导率及表面红外发射率调控的方法。通过建立简化的二维热传导模型，实现了对具有周期性微结构薄膜面内等效热导率的计算。以此为基础，研究了微结构接触面积比及填充因子对等效热导率及等效红外发射率的影响。理论计算表明，当微结构的接触面积比为0.18、填充因子为0.28时，薄膜面内等效热导率仅为材料本身热导率的18.8%。实验制备了两种具有不同接触面积比和填充因子的聚酰亚胺薄膜。薄膜直径65mm，厚度约为500nm。采用非接触式面内热导率测量法测得无微结构薄膜的面内热导率为0.164W/mK,接触面积比为0.20及0.46的微结构薄膜的面内热导率分别为0.041W/mK和0.091W/mK，而发射率分别为0.161和0.175。

提出了一种通过制作面内微结构来提高红外场景生成芯片空间分辨率的方法。通过建立简化的二维热传导模型,计算了具有周期性微结构的芯片空间分辨率。通过分析微结构接触面积比及填充因子对红外场景生成芯片空间分辨率的影响,实现了周期性微结构的优化设计。理论计算表明,空间分辨率随微结构接触面积比的减小而增大,随填充因子的增大而增大。考虑到制备精度,当微结构的接触面积比为0.18、填充因子为0.52时,芯片在对比度调制传递函数(MTF)值为0.3时的空间分辨率为10.3 lp·mm -1,是无微结构芯片的两倍。实验制备了两种具有不同接触面积比和填充因子的红外场景生成芯片,芯片直径为7.62 cm,厚度约为800 nm。采用非接触式稳态热成像法对所制作的转换芯片的空间分辨率进行了测量。测量结果表明,接触面积比为0.20和0.46的两个微结构芯片在MTF值为0.3时的空间分辨率分别为11.2 lp·mm -1和6.6 lp·mm -1。实验结果与理论计算吻合较好,说明所提方法是一种实用、有效的空间分辨率优化方法。

研究了一种利用稳态红外热成像法实现自悬浮薄膜面内热导率测量的方法。从一维热传导方程出发, 建立了稳态时薄膜表面温度分布的理论模型, 利用稳态理论模型, 只需测量薄膜边缘温度及厚度, 便可同时得到面内热导率、发射率及热流, 无需测量薄膜对可见光的吸收率。仿真表明,当薄膜的温升不超过5K时, 可以保证拟合得到的面内热导率与理论值的误差低于3%, 薄膜样品x方向的最小尺寸为6mm。对厚度为900nm的自悬浮聚酰亚胺薄膜进行实验测量, 拟合得到的面内热导率为2.04W/mK、红外发射率为0.92、x=0处的热流为1.77×104W/m2。实验结果与查阅文献的测量值一致, 证明方法可以用来测量自悬浮薄膜的面内热导率。

MEMS红外图像转换芯片是一种将可见光转换为红外辐射并用于红外目标模拟器的直接辐射型器件。对MEMS红外图像转换芯片的热力学性能进行研究: 与标准黑体辐射谱对比表明芯片辐射光谱为黑体谱, 红外波段平均发射率0.638; 通过线扩散函数研究芯片横向热传导特性, 其热扩散距离随衬底厚度降低而减小, 在衬底上制作周期性像元阵列可以有效降低其热传导系数, 衬底厚度360nm的刻有像元的转换芯片热传导系数为0.1W/m·K ; 转换芯片的时间特性研究表明其时间常数随衬底厚度减小而变小, 衬底厚度345nm的芯片制冷至5℃时的时间常数为2.72ms。