基本信息
- 項目名稱：
- 新型納米半導體摻雜改性紅外涂層--影院防偷拍技術(shù)的研究
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 納米重金屬原子受可見光激發(fā)產(chǎn)生等離子共振效應，將其摻雜于納米半導體顆粒中可使傳統(tǒng)半導體發(fā)光能帶重組，且控制摻雜金屬原子團尺寸的改變可以使帶隙發(fā)光位置明顯紅移，體現(xiàn)出光致紅外發(fā)射特性。本實驗用液相還原法制備納米銅原子團，并用共沉淀法將納米硫化鎘包覆在其表面，最后均勻鑲嵌在聚乙烯醇薄膜內(nèi)形成光激發(fā)紅外發(fā)射涂層?？蓪⑵鋺糜谟霸浩聊簧?，發(fā)出的紅外線干擾攝像機成像，但不影響觀眾正常觀看，達到防偷拍的目的。
- 詳細介紹：
- 納米半導體摻雜改性作為當前國際納米學術(shù)界研究熱點，其對傳統(tǒng)半導體材料的磁性、光學性能的顯著提高備受人們關(guān)注。本研究基于納米半導體摻雜改性的原理對傳統(tǒng)的納米硫化鎘半導體發(fā)光特性進行改進，制備出具有指定波長紅外發(fā)射特性的涂層，并打算將其應用于影院防偷拍技術(shù)這一新領域。 納米重金屬原子受可見光激發(fā)可以產(chǎn)生等離子共振效應，將其摻雜于納米半導體顆粒中可以使傳統(tǒng)半導體發(fā)光能帶重組，隨著摻雜金屬原子團尺寸的改變帶隙發(fā)光位置明顯紅移，發(fā)光波長顯著增大，體現(xiàn)出非比尋常的光致紅外發(fā)射特性。本實驗用液相還原法制備出納米銅原子團，并用共沉淀法將納米硫化鎘成功包覆在其表面，最后均勻鑲嵌在聚乙烯醇薄膜內(nèi)形成一種性能優(yōu)異的光激發(fā)紅外發(fā)射涂層，經(jīng)檢測這種涂層在532nm激光激發(fā)下能夠發(fā)射出850nm的紅外線。 目前市場上的攝像機普遍應用的CCD圖像傳感器均為對波長為850nm的紅外線敏感，夜視條件下成像明暗度會極大地受到入射紅外線的影響。我們研制的新型納米硫化鎘-銅涂層具有特殊的原子團尺寸以及包覆特征，受特定激光激發(fā)可以發(fā)出相應的可見光以至于近場紅外，當在電影院內(nèi)設置波長為532納米的激光發(fā)射器，就會激發(fā)納米硫化鎘-銅原子發(fā)出所需的波長為850nm的紅外線，同時經(jīng)過光學處理后在長程上幾乎不影響影像的可見光的波長和強度。這種紅外線是人眼不可見的，所以不會對觀眾欣賞影片造成影響，但是它在攝像機成像上形成的曝光點陣斑，就會使偷拍者拍攝的影片模糊不可使用。 由于薄膜中納米顆粒之間的微穴對極化光有特殊傳播增強作用，所以經(jīng)過在影院的調(diào)試，涂層所發(fā)出的紅外很容易可以達到被攝像機CCD感光器接收到的強度。目前的涂層未通過其他的金屬摻雜降低其激發(fā)閾，則可以與532nm激光器和532nm高反膜（反射率99.8%）結(jié)合使用，將其涂在影院屏幕后方使用。 當摻雜了其他金屬元素降低激發(fā)閾后，涂層則有望直接涂在影院屏幕正面，無需外界光源而受到電影影像中的綠光激發(fā)出紅外，這是涂層將來應用最理想的情況。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 目的和基本思路：如今的電影產(chǎn)業(yè)受到盜版、偷拍的嚴重困擾，卻一直沒有廉價有效的方法維護產(chǎn)業(yè)利益，防止盜用行為，于是我們想通過材料科學的研究將這一項技術(shù)實現(xiàn)。 納米金屬的等離子共振作用可以使與其緊密結(jié)合的納米半導體發(fā)生能帶重組，所以經(jīng)過納米金屬顆粒摻雜的半導體可以表現(xiàn)與傳統(tǒng)半導體不同的紅外光學特性。我們選用性能滿足要求且成本低廉的原料進行研究，既滿足理論創(chuàng)新，又適合生產(chǎn)應用。用納米銅顆粒對納米硫化鎘進行摻雜，并控制摻雜金屬和多級結(jié)合顆粒的尺寸，就可以使納米硫化鎘的光致發(fā)光波長紅移至850nm。常用攝像機CCD圖像傳感器的夜視補光紅外波長為850nm，如果在電影大屏幕上沉積硫化鎘包覆的銅納米顆粒涂層，當其受激發(fā)射出所需頻率的紅外線時，會經(jīng)過CCD數(shù)碼處理后在攝像機底片上造成過量補光，使偷拍者拍攝的影片明暗參差不可使用。 創(chuàng)新點：實驗將不同尺寸納米銅顆粒的制備方法的研究與硫化鎘摻雜改性的研究有機結(jié)合，把傳統(tǒng)半導體發(fā)光材料的發(fā)光波長由可見光區(qū)提高到紅外區(qū)域，是一種理論創(chuàng)新；結(jié)合現(xiàn)有的納米半導體摻雜改性理論制備出所需特定發(fā)射波長的新型紅外薄膜涂層則是一種材料創(chuàng)新。影院防偷拍這個課題本身就極具新穎性和必要性，這方面的研究在國內(nèi)研究者寥寥，可謂是一種應用創(chuàng)新。在我們所了解的納米科技成果中，這項技術(shù)可以說是國內(nèi)首創(chuàng)、國際領先的。 技術(shù)的關(guān)鍵在于納米銅的可控尺寸制備、硫化鎘包覆顆粒大小的控制和薄膜涂層的濃度控制 主要技術(shù)指標為納米銅的尺寸、硫化鎘-銅顆粒尺寸與結(jié)合情況和紅外發(fā)光波長
科學性、先進性
- 科學性：實驗原理基于國際研究熱潮中的納米金屬顆粒的等離子極化作用和核殼結(jié)構(gòu)半導體摻雜改性原理，參考了多篇國內(nèi)外文獻和多本外文著作中相關(guān)領域的理論和結(jié)果（見論文參考文獻）。經(jīng)UV-analysis、光柵光譜儀測試、掃描電子顯微鏡測試和透射電子顯微鏡測試，得到了納米銅顆粒的表征結(jié)果，納米硫化鎘-銅顆粒尺寸的表征結(jié)果，觀測到了Cu/CdS微觀結(jié)合多級形貌，為實驗結(jié)果提供了理論和組成結(jié)構(gòu)上的科學性支持而且實驗結(jié)果經(jīng)重復依然成立。 先進性：國內(nèi)現(xiàn)在無成型的防偷拍技術(shù)或理論研究發(fā)表，此紅外涂層可彌補這一空白。我們用最短的時間通過納米金屬顆粒摻雜使傳統(tǒng)納米半導體的發(fā)光特性改變，驗證了國際上最近幾年半導體摻雜研究熱潮的理論正確性。實驗結(jié)果使硫化鎘的帶隙大為縮窄，實現(xiàn)了前所未有的紅外發(fā)光特性，是對傳統(tǒng)半導體改性的突破，開拓了其應用的新領域。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 項目已經(jīng)完成實驗室階段，可以向應用和生產(chǎn)轉(zhuǎn)化
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 可以保留知識產(chǎn)權(quán)與投資方合作進行投產(chǎn)，或?qū)⒘蚧k-銅紅外涂層制備技術(shù)方法以知識產(chǎn)權(quán)形勢轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 模型 現(xiàn)場演示 圖片 錄像 樣品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 技術(shù)特點和優(yōu)勢：半導體摻雜紅外涂層是一種全新的材料，其最大的特點和優(yōu)勢就是可以使廉價的寬帶隙半導體發(fā)出紅外光。其優(yōu)勢還在于可以受激發(fā)使屏幕上不定點發(fā)出紅外線，從而對攝像機進行干擾的同時避免偷拍者的反防偷拍措施。降低激發(fā)閾值后則可以直接用影院屏幕上的光激發(fā)，省去激發(fā)光源的同時自動發(fā)生頻閃作用增強干擾，與紅外二極管等無法長時間頻閃的光源比則更加廉價耐久。薄膜中納米顆粒之間的微穴對極化光有特殊傳播增強作用，涂層所發(fā)出的紅外很容易可以達到被影院后排攝像機CCD感光器接收到的強度。 薄膜的制備對生產(chǎn)設備、材料等條件要求較低，對環(huán)境污染較小，制備過程具有很高的可重復性和可操控性，對于投入工業(yè)生產(chǎn)提供了技術(shù)上的支持。 涂層的制備成本非常低廉，經(jīng)批量生產(chǎn)一塊電影院屏幕薄膜涂層成本也將不超過一百元，加之其經(jīng)久耐用，只要后續(xù)研究改進順利，普及上市非常容易。經(jīng)過市場調(diào)查得知絕大多數(shù)影院愿意購買使用此薄膜涂層，其應用前景非常好，市場回報豐厚。將這項研究結(jié)果若最終應用于電影院將為電影產(chǎn)業(yè)挽回上億損失。
同類課題研究水平概述
- 當前國際上的半導體摻雜理論成果較多，在Nature、Science雜志上有幾十篇相關(guān)文章，但是據(jù)我們所了解到的國內(nèi)外同類課題研究水平和文章內(nèi)容，尚沒有納米硫化鎘摻雜納米銅改性的理論研究成果發(fā)表，而且沒有關(guān)于硫化鎘半導體摻雜光致紅外發(fā)光特性的研究，大多數(shù)的研究是圍繞CdSe、ZnSe摻雜Au或Ag顆粒的。我們對納米銅顆粒可控尺寸制備方法的研究由于其制備原料和條件的獨特性也是與網(wǎng)上資料中的其他制備方法不同的。國內(nèi)外對于紅外發(fā)射材料的研究并不是熱潮，幾乎沒有對傳統(tǒng)半導體光致發(fā)光特性有如此大的改變的，而且沒有紅外線干擾CCD感光器成像的理論研究成果發(fā)表。 所以在紅外發(fā)射材料的研究中，Cu/CdS是一種新的材料，關(guān)于它尺寸控制光致發(fā)光波長向紅外方向紅移的研究尚未發(fā)現(xiàn)同類課題；而紅外發(fā)光材料在影院防偷拍技術(shù)方面的應用也是沒有同類的課題。
