红外材料产业概况.docx

1、红外材料产业概况红外技术及红外材料产业概况红外线自1800年被发现以来，目前已经开发出了众多的应用产品，从医疗、检测、航空到军事等领域，几乎处处都能看到红外的身影。红外应用产品种类繁多，仅选择红外热像、红外摄像、红外通讯、红外光谱仪、红外传感器等几个比较大的领域做介绍。 红外热像仪 红外热像仪行业是一个发展前景非常广阔的新兴高科技产业，也是红外应用产品中市场份额最大的一块，在军民两个领域都有广泛的应用。红外热像仪在现代战争条件下的卫星、导弹、飞机等军事武器上获得了广泛的应用。同时，随着非制冷红外热成像技术的生产成本大幅度降低，该产品的应用已延伸到了电力、消防、工业、医疗、安防等国民经济各个部门

2、。 过去国内市场一直由FLIR、FLUKE等国外知名企业占领。不过最近10年来，这个领域发生了可喜的变化，国内红外热像仪企业在产品技术、性能和质量等方面的改进，市场份额逐步扩大，涌现出了大立科技、昆明北方红外、武汉高德、飒特红外等知名企业，经过这几年的发展，已经积累相当的技术力量。 目前国产产品在性能上已经和进口产品接近，但进口产品的价格高出国内产品50%以上。随着红外热像仪在消防、电力、建筑等行业的扩张，国际民用红外热像仪行业迎来了市场需求的快速增长期。2004年全球民用红外热像仪及系统产量约为5万台，而2006年，仅FILR公司就取得了宝马汽车公司为其新款7系列轿车配备的红外热像仪订单，并

3、获得了美国政府35万台的出口许可申请。2006年全球民用红外热像仪的销售额为16.3亿美元，同比增长17.35%。 据美国著名高科技行业咨询公司Maxtech International的预测，未来5年全球民用红外热像仪市场需求年均增长率将达到15%，到2012年，全球民用红外热像仪的市场需求将达到38.12亿美元。由于国内经济高速发展，中国红外热像仪市场的年均增长率可以达到20%，预计2011年中国民用红外热像仪市场的需求量可以达到9.95亿元。以美国为例，2000年，美国红外成像与红外测温系统的市场销售总额为18.2亿美元，比1999年增长了3%，预计到2008年，总的市场销售额将达到28

4、.2亿美元，年综合增长率达到6.5%。 “我国红外热像仪市场还处于起步阶段，未来发展空间巨大。”中国光学学会常务理事兼秘书长倪国强先生在中国光电产业高层论坛上表示：在发达国家的军用领域，红外热像仪已得到非常广泛的配置，例如海湾战争中平均每个美国士兵配备1.7具红外热像仪。与发达国家相比，目前我国军队中红外热像仪的应用相对较少，其市场远景需求量相当巨大。随着高性能多色红外焦平面以及智能灵巧型片上图像处理技术的发展，预计这一比例还将继续走高。 红外摄像机 随着北京奥运会、上海世博会、广州亚运会等国内大型活动的增加，对安全的要求越来越严格，越来越多的场所需要24小时持续监控。红外线在夜间监视的应用更

5、加突出，不仅金库、油库、军械库、图书文献库、文物部门、监狱等重要部门采用，而且也在一般监控系统中也被广泛采用，甚至居民小区监控工程也应用了红外线摄像机。带动了红外摄像市场持续升温。 根据2006年的一份调查报告，相比红外热像仪，红外摄像机的技术门槛不高，目前大部分国内市场被国内品牌占据，外国品牌只占据了一部分高端市场。从国内红外摄像机分布来看，深圳最多，占总数的64%，与东莞、浙江形成了我国的三大产业基地。 我国的红外摄像企业以生产、贸易为主，能够自主创新的不多。未来提高自主研发能力将是发展的主要方向，只有这样才能向全球扩张、赚取更高的利润。 红外通讯 传统的红外通讯应用主要在与家电和汽车防盗

6、遥控器方面，由于调制技术、相关收发器技术的快速发展，红外传输应用也发生了质的飞跃。1993年国际红外线协会在美国成立，积极整合建立红外传输的标准，极大地推动了红外产品的发展。2000年全球已有17亿台配有国际红外线协会模组的电子产品进入市场，尤其在电子游戏机市场有极大的潜力。2001年，在信息收发模组方面，由于国际红外线协会模组的价格已从早期的5美元降至2美元，国际大厂纷纷在亚太地区一些劳动力相对低廉的地方寻求加工场所，估计年产值将有1亿多美元的规模，当时一些IC设计公司、系统与应用软件厂商已积极投入应用产品的研究与生产，目前已经形成一定规模。 个人笔记本、PDA、数码相机等产品的普及带动了红

7、外传输的发展。国际红外线协会1994年推出了10版红外线资料交换标准，传输速度为1152Kbps，目前的最大传输速度最大速率已达4Mbps以上。2006年，红外无线技术已经有了庞大的用户群。当时红外数据通讯技术(IRDA)已拥有每年一亿五千万套的设备安装量，并且它保持着每年40%的高速增长。网舟咨询在近期发布的无线短距离通讯技术市场研究报告中认为，强劲的增长数字表现在全球范围内厂商对于红外通讯仍持有的乐观态度，红外通讯技术已被全球范围内的众多软硬件厂商所支持和采用，目前主流的软件和硬件平台均提供对它的支持。手机市场上，各大主流厂商也早已在其产品中配套支持了红外通讯技术。从当前的情况来看，红外技

8、术无论是从应用覆盖度，技术成熟度和用户接受度来说，都在各类无线通讯技术中处于领先地位。 在遥控器市场方面，市场研究机构Instat公司预测，2005年，全球应用于IrDA领域的8位控制器的单位出货量将达到2.06亿个，到2009年将达到3.73亿个。据介绍，Zilog公司自1993年进入远程控制市场以来，产品销量以超过2.75亿，2004年公司交付了大约4，000万片的IrDA相关芯片。目前，公司的IrDA芯片的解决方案型号已超过12，000种，所服务的遥控器品牌也超过1，300种，客户包括飞利浦、三星、索尼、Yamaha，东芝，微软等。目前全球万能红外遥控器市场占到了70、80%的市场份额，

9、特别是在欧美市场等。 红外光谱仪 红外光谱仪主要用于化学物理分析领域，可应用于各种物理化学实验室、石油、农业、检测等领域。按应用范围可分为通用型红外光谱仪和专用红外光谱仪，按波长范围分可分为近红外光谱仪和远红外光谱仪，目前以近红外光谱仪为主。现代近红外光谱分析技术包括了近红外光谱仪、化学计量学软件和应用模型三部分。只有三者的完美结合才能达到高性能的要求。目前近红外专用光谱仪器的研制及应用在国内已受到很多专家的关注，并已开发研制出一批适应国内分析对象的仪器及应用软件。如，中国石油科学院的一批年轻学者在陆婉珍院士的带领下，研制和开发出了有我国自主知识产权的近红外专用光谱仪器及其在我国石油科学中应用

10、的一些软件；以北京农业大学严衍禄教授领导的“中国农业近红外分析技术网络系统”课题已完成，研制和开发了有自主知识产权的、适用于中国农业品品质的分析的软件；相秉仁教授在中国药科大学分析计算中心建立了Internet近红外光谱分析虚拟建模中心，进行近红外光谱分析的建模和数学模型维护等工作，并建立了一些中草药近红外分析的数学模型。 06年初，国家食品药品监督管理局（SFDA）通过招标的方式订购了总计超过300余台进口傅立叶变换近红外光谱仪。财政部当时加上后续的维护费，拨了共 5亿人民币的资金。假如能够实现国产的话，可以节省一大笔外汇。我国目前的相关企业有聚光、英贤、大连依利特、东西电子、普析通用等，主

11、要做低端产品，高端产品还无法和国外抗衡。 国产的通用型红外光谱仪FTIR主要是北分瑞利分析仪器公司引进的美国Analect公司技术生产的几种不同型号的、不同档次的产品，但是量很少。专用红外光谱仪方面，近红外光谱的一些专用红外光谱仪在国内有较大的潜在市场，主要是在农业中农产品品质分析和石油化工中石油产品生产过程中质量控制及产品品质分析中有很大的市场。但是由于近红外分析需要根据分析对象引入一些数学模型，分析对象不一样，其数学模型也有所不同。因此，国外的近红外专用光谱仪所带的分析软件（是根据国外的分析对象的数学模型设计的），并不一定适合于国内的分析对象，致使近年来引进的一些近红外专用光谱仪器在国内并

12、没有发挥多大作用，加之国外近红外专用光谱仪器价格又偏高，国内进口的近红外专用光谱仪器并不多。 红外传感器 在实现远距离温度监测与控制方面，红外温度传感器以其优异的性能，满足了多方面的要求。在产品加工行业，特别是需要对温度进行远距离监测的场合，都是温度传感器大显身手的地方。在食品行业红外温度可以在不被污染的的情况下实现食品温度记录，因此备受欢迎。光纤红外传感器还具有抗电磁和射频干扰的特点，这为便携式红外传感器在汽车行业中的应用又开辟了新的市场。 随着红外测温技术的普遍应用，一种新型的红外技术智能（Smart）数字红外传感技术正在悄然兴起。这种智能传感器内置微处理器，能够实现传感器与控制单元的双向

13、通信，具有小型化、数字通信、维护简单等优点。当前，各传感器用户纷纷升级其控制系统，智能红外传感器的需求量将会继续增长，预计短期内市场还不会达到饱和。 另外，随着便携式红外传感器的体积越来越小，价格逐渐降低，在食品、采暖空调和汽车等领域也有了新的应用。比如用在食品烘烤机、理发吹风机上，红外传感器检测温度是否过热，以便系统决定是否进行下一步操作，如停止加热，或是将食品从烤箱中自动取出，或是使吹风机冷却等。随着更多的用户对便携式红外温度传感器的了解，其潜在用户正在增加。 由于红外温度传感器在实现远距离控温及无接触测温等方面的优势，使其产量每年以10的速度增长。在1996年至1997年间，其产量从15

14、.5万只增长到23万只；总销售额也从2.3亿美元增长到3亿美元。2006年，市场销售总额将达到5.576亿美元，总产量将超过48.9万只。 对于红外传感器的全球市场，第三世界国家将比欧美更加看好。虽然欧美很多工业国家加工业广泛，但其市场以趋向饱和；而在中国以及拉美一些新兴国家和地区，随着其经济的复苏与发展，各国各地区纷纷加强工业化建设，加工厂不断增多，红外传感器在该区域的销量每年以25的速度增长，并且其市场销量还处于增长趋势。 目前，全球至少有25家较具规模的红外传感器生产商，其中居首位的是Raytek公司， 1999年Raytek公司的产品全球市场的20%，其中很大一部分产品是手持产品；Ra

15、ytek还生产在线辐射温度表和高性能的传感器以适用于像冶金行业这样温度要求极高的环境。排行第二位的是Ircon，其市场占有率为17%，其产品主要面向高端用户市场。排行第三位的是Land Infrared, 其市场占有率为15%，其主要产品是手持式及在线测量产品。红外材料主要有两类：红外探测材料和红外透波材料。 红外探测材料包括硫化铅、锑化铟、锗掺杂（金、汞）、碲锡铅、碲镉汞、硫酸三甘酞、钽酸锂、锗酸铅、氧化镁等一系列材料，锑化铟和碲镉汞是目前军用红外光电系统采用的主要红外探测材料，特别是碲镉汞（Hg-Cd-Te）材料，是当前较成熟也是各国侧重研究发展的主要红外材料。 它可应用于从近红外、中红外

16、、到远红外很宽的波长范围，还具有以光电导、光伏特及光磁电等多种工作方式工作的优点，但该材料也存在化学稳定性差、难于制成大尺寸单晶、大面积均匀性差等缺点，Hg-Cd-Te现已进入薄膜材料研制和应用阶段，为了克服该材料上述的缺点，国际上探索了新的技术途径： （1）用各种薄膜外延技术制备大尺寸晶片，这些技术包括分子束外延（MBE）、液相外延（LPE）和金属有机化合物气相淀积（MOCVD）等。特别是用MOCVD可以制出大面积、组分均匀、表面状态好的Hg-Cd-Te薄膜，用于制备大面积焦平面阵列红外探测器。国外用MOCVD法已制成面积大于5cm2、均匀性良好、x=0.20.005、工艺重复性好的碲镉汞单

17、晶薄膜，6464焦平面器件已用于型号系统、512512已有样品。 （2）寻找高性能新红外材料取代Hg-Cd-Te，主要包括： H*n-Te和Hg-Zn-Te，美国和乌克兰等国从80年代中就开展了这方面的研究，研究表明，Hg1-xZnxTe和Hg1-x CdxZnyTe的光学特性和碲镉汞很相似，但较容易获得大尺寸、低缺陷的单晶，化学稳定性也更高。Hg1-xMnxTe是磁性半导体材料，在磁场中的光伏特性与碲镉汞几乎相同，但它克服了Hg-Te弱键引起的问题。 高温超导材料，现处于研究开发阶段，已有开发成功的产品。 -V超晶格量子阱化合物材料，可用于814m远红外探测器，如：InAs/GaSb（应变层

18、超晶格）、GaAs/AlGaAs（量子阱结构）等。 SiGe材料，由于SiGe材料具有许多独特的物理性质和重要的应用价值，又与Si平面工艺相容，因此引起了微电子及光电子产业的高度重视。SiGe材料通过控制层厚、组分、应变等，可自由调节材料的光电性能，开辟了硅材料人工设计和能带工程的新纪元，形成国际性研究热潮。Si/GeSi异质结构应用于红外探测器有如下优点：截止波长可在330m较大范围内调节，能保证截止波长有利于优化响应和探测器的冷却要求。Si/GeSi材料的缺点在于量子效率很低，目前利用多个SiGe层来解决这一问题。 1996年美国国防部国防技术领域计划将开发先进红外焦平面阵列的工作重点确定

19、为：研制在各种情况下应用（包括监视和夜间/不利气象条件下使用的红外焦平面阵列）的红外探测器材料，其中包括以如下三种材料为基础的薄膜和结构：具有芯片上处理能力的GgCdTe单片薄膜、InAs/GaSb超晶格和SiGe（肖特基势垒器件）。这三种材料也正是当前红外探测材料发展和研究的热点。红外透过材料主要用作红外探测器和飞行器中的窗口、头罩或整流罩等，它的最新进展和发展方向如下： （）目前，在中红外波段采用的红外透过材料有锗盐玻璃、人工多晶锗、氟化镁（MgF2）、人工蓝宝石和氮酸铝等，特别是多晶氟化镁，被认为是综合性能比较好的材料。远红外材料是红外透过材料当前研究发展的重点之一，814m长波红外透过

20、材料有：硫化锌（ZnS）、硒化锌（ZnSe）、硫化镧钙（CaLa2S4）、砷化镓（GaAs）、磷化镓（GaP）和锗（Ge）等。ZnS被认为是一种较好的远红外透过材料，在312m范围，厚2mm时，平均透过率大于70%，无吸收峰，采取特殊措施，最大红外透过率达95.8%。国外已采用ZnS作为远红外窗口和头罩材料，象美国的LANTRIRN红外吊舱窗口，Learjel飞机窗口等。美国Norton国际公司先进材料部每年生产上千个ZnS头罩。ZnS多晶体的制备方法主要有两种：热压法与化学气相淀积法（CVD），CVD法制备的材料性能较好。 红外透过材料发展的另一个重要方向是：耐高温红外透过材料的研究。高速飞

21、行器在飞行过程中会对红外窗口和罩材产生高温、高压、强烈的风砂雨水的冲刷和浸蚀，影响红外透过材料的性能，因此需要一系列新型的耐高温、具有综合光学、物理、机械、化学性能的新材料。这些条件下使用的理想材料从室温到1000应具有下列特性：在使用波段内具有高透过，低热辐射、散射及双折射，高强度，高导热系数，低热膨胀系数，抗风砂雨水的冲击和浸蚀，耐超声波辐射等。 最近研究较多的耐高温红外透过材料有镁铝尖晶石、蓝宝石、氧化钇、镧增强氧化钇和铝氧氮化物AlON等。镁铝尖晶石是近年来研究最多的最优秀的红外光学材料之一，它能在高温、高湿、高压、雨水、风砂冲击及太阳暴晒下仍保持其性质，因而是优先选用的耐高温红外透过

22、材料，它可透过200nm到6m的紫外、可见光及红外光。单晶蓝宝石也是一种耐高温红外材料，它可透过从远紫外0.17m到6.5m的红外光，用新研制的热交换法晶体生长过程可以制造直径达25cm的大尺寸蓝宝石。氧化钇和镧增强氧化钇的透过波长为8m，在氧化钇中掺入氧化镧，材料强度提高30%，光学特性不变。由于高温下具有很高的硬度，所以它具有很好的抗冲击、抗浸蚀性能。严格的说到目前还没有一种理想的材料能完全满足上述要求。但包括上述材料在内的不少材料具有较理想的综合性质。红外透过材料的第三个发展方向是：红外/毫米波双模材料，这是为适应红外/毫米波双模复合材料制导技术的需要。 目前，还没有一种材料能满足红外/毫米波双模材料既要有高的远红外透过率又有小的介电常数和损耗角正切的要求，高性能的红外/毫米波双模材料尚待进一步研究发展。红外材料的应用：包括各种导弹的制导、红外预警（包括探测、识别和跟踪、预警卫星、预警飞机、各种侦察机等）、观察瞄准（高能束拦截武器等）。