铁电陶瓷的热释电研究【文献综述】

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1、毕业论文文献综述应用物理铁电陶瓷的热释电研究【摘要】铁电陶瓷良好的特性，决定了它在不同的领域具有不同的作用，如利用其热释电性，可以制作红外探测器等。热电材料的种类十分繁多。按其材料分可分为热释电晶体、铁电晶体、热释电陶瓷和有机高聚物晶体等。利用热释电材料制作的单元热释电探测器在国内外均已形成相当规模的产业。这些室温红外探测器在防火、防盗、医疗、遥测以及军事等方面具有广泛的应用。关键字：铁电陶瓷；热释电性；红外某些电介质可自发极化，在外电场作用下自发极化能重新取向的现象称铁电效应。具有这种性能的陶瓷称铁电陶瓷。铁电陶瓷具有很好的特性

2、：(1)在一定温度范围内存在自发极化，当高于某一居里温度时，自发极化消失，铁电相变为顺电相；(2)存在电畴；(3)发生极化状态改变时，其介电常数-温度特性发生显著变化，出现峰值，并服从Curie-Weiss定律；(4)极化强度随外加电场强度而变化，形成电滞回线；(5)介电常数随外加电场呈非线性变化；(6)在电场作用下产生电致伸缩或电致应变。良好的特性，决定了它在不同的领域具有不同的作用，如利用其热释电性，可以制作红外探测器等（1）。本文就针对它的热释电现象作简单的介绍。1823年，ThoumsSeebeck首次发现热电效应过去一般

3、译为温差电效应)，从而开始了人类对热电材料的研究和应用。所谓热释电效应就是指有些晶体可以因温度变化而引起晶体表面产生电荷。具有热释电效应的材料称为热释电体。实际上，热释电体是具有自发极化的的电介质。热释电效应反应了材料的电学量与温度之间的关系，可用下式简单地表示，即：△P=p△T。式中，P是电介质材料的自发极化强度，p为热释电系数，T是温度（2）。衡量热释电材料的热释电效应大小的参数主要有热释电系数、优值指数、吸热流量和居里点等。热释电系数反映的是热释电材料受到热辐射后产生自发极化强度随温度变化的大小。优值指数是热释电材料应用于探

4、测器反面的重要参数。从探测器的应用来看，往往用三个优值指数反映对热释电材料的要求。这三个优值指数分别是：电流响应优值Fi、电压响应优值Fv、和探测率优值Fd。吸热流量代表单位时间吸热的多少，一半要求热释电材料具有大的吸热流量（3）。铁电材料的铁电性与温度有关，超过某一温度Tc，铁电性消失，转变为顺电性。Tc称为铁电材料的居里温度或居里点（4）。热电材料的种类十分繁多。按其材料分可分为热释电晶体、铁电晶体、热释电陶瓷和有机高聚物晶体等。释电晶体这类晶体的p值高。性能稳定，其自发极化在外电场作用下不发生转向。主要有电气石（（Na,Ga

5、）(Mg,Fe)3B3Al6Si6(O,OH,F)31）、GaS、GaSe、Li2SO4.H2O、ZnO等（5）。铁电晶体这类晶体同样具有p值高、性能稳定的特点，但与热释电晶体不同的是在外电场作用下其自发极化会改变方向（6）。典型的有硫酸三甘肽（TGS）及其改性的材料，包括DTGS（氚化的TGS）、ATGS（掺丙氨酸的TGS）和ATGSP（掺丙氨酸并以磷酸根取代硫酸根的TGS）、LiTaO3、LiNiO3、PbTiO3、BaTiO3等。硫酸三甘肽又称三甘氨酸硫酸盐，是一类最重要最常用的热释电材料。TGS晶体的极化强度大，相对介电常

6、数小，材料的电压响应优值大，是一种重要的热释电探测器材料，而且方便起见的制作。这类晶体的主要缺点是：易吸潮，机械强度差，存在退极化现象以及介电损耗较大（探测率优值较低）等。为了进一步提高TGS的热释电性质，特别是提高其居里点，防止退极化，采用在重水中培养或掺入有益杂质的方法生长TGS晶体。热释电陶瓷热释电陶瓷与单晶体比较，制备容易，成本低。常用的有钛酸铅（PbTiO3）其居里温度高，热释电系数随温度的变化很小，是一种较好的红外探测器材料。锆钛酸铅（PZT）和锆钛酸铅镧（PLZT）。以上都是传统的热释电材料，人们对新型的热释电材料从

7、没有放弃过。目前研究较多的新型热释电材料是（1-x）Pb（Mg1/3Nb2/3dO3）-xPbTiO3（PMN-PT）。此晶体因具有优越的压电性而备受关注。Science和Nature杂志分别在1997年3月和2000年1月进行了介绍。并且,随着大尺寸高质量晶体的成功生长，作为很有潜力的压电材料,将会越来越受到重视。由于PMN-PT晶体具有ABO3钙钛矿型结构,生长难度比较大。因此现在一般都是通过改进Bridgman方法生长得到。然而以上的铁电陶瓷包括弛豫型铁电陶瓷大多是含有铅的。PbO一方面在制备和使用过程中都会散发有毒物质，对

8、人体和环境造成危害，而另一方面也使陶瓷中的化学计量比偏离配方中的化学计量比，使产品的一致性和重复性降低。随着全社会对环境保护问题的重视，人们对无铅铁电陶瓷的研究掀起了热潮。钛酸铋钠（Bi0.5Na0.5TiO3,BNT）无铅压电陶瓷发现于1960年