新型热释电材料性能及其在红外探测器中的应用.pdf

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1、第４２卷第４期硅酸盐学报Ｖｏｌ．４２，Ｎｏ．４２０１４年４月ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＴＨＥＣＨＩＮＥＳＥＣＥＲＡＭＩＣＳＯＣＩＥＴＹＡｐｒｉｌ，２０１４ＤＯＩ：１０．７５２１／ｊ．ｉｓｓｎ．０４５４－５６４８．２０１４．０４．０１新型热释电材料性能及其在红外探测器中的应用李龙，许晴，赵祥永，罗豪甦（中国科学院上海硅酸盐研究所，上海２０１８００）摘要：弛豫铁电单晶铌镁酸铅－－钛酸铅（ＰＭＮＴ），Ｍｎ掺杂ＰＭＮＴ，三元系铌铟酸铅－－铌镁酸铅－－钛酸铅（ＰＩＭＮＴ）和Ｍｎ掺杂ＰＩＭＮＴ）不仅具有优异的压电性能，而

2、且还具有非常优异的热释电性能。通过对弛豫铁电单晶的介电、热释电性能随固熔体组成、结晶学取向的研究，发现了［１１１］取向的ＰＭＮ－－０．２６ＰＴ和掺锰ＰＭＮ－－０．２６ＰＴ单晶的本征热释电系数分别达到１５．３×－－４２－－４２１０Ｃ／ｍＫ和１７．２×１０Ｃ／ｍＫ，具有优异的热释电综合性能。掺杂后，二元和三元体系弛豫铁电单晶的介电损耗降至０．０００５，使得Ｍｎ掺杂ＰＭＮ－－０．２６ＰＴ单晶的探测优值从１５．３×１０－－５Ｐａ－－１／２提高至４０．２×１０－－５Ｐａ－－１／２，Ｍｎ掺杂ＰＩＭＮＴ的探测优值达

3、到１９．５×１０－－５Ｐａ－－１／２。高Ｃｕｒｉｅ温度（Ｔ）ＰＩＭＮＴ（４１／１７／４２）和Ｍｎ掺杂ＰＩＭＮＴ（２３／４７／３０）单晶的Ｔ分别达到２５３℃和ＣＣ１７９℃。采用红外吸收率更高的多壁碳纳米管作为吸收层，制备了基于Ｍｎ掺杂ＰＭＮＴ单晶的高性能热释电探测器，该探测器的电压响应率达到１１５ｋＶ／Ｗ（１０Ｈｚ），探测率在４Ｈｚ和１０Ｈｚ时分别达到３．０×１０９１／２／Ｗ和２．２１×１０９１／２／Ｗ，性ｃｍ·Ｈｚｃｍ·Ｈｚ能比目前商用的高性能ＬｉＴａＯ３探测器要高出４倍之多，弛豫铁电单晶线阵红外探测

4、器也显示出了明显的性能优势。关键词：弛豫铁电单晶；热释电性能；探测优值；多壁碳纳米管中图分类号：Ｏ７９９文献标志码：Ａ文章编号：０４５４－５６４８（２０１４）０４－０４２３－０９网络出版时间：２０１４－４－３１７：５０：００网络出版地址：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／１１．２３１０．ＴＱ．２０１４０４０３．１７５０．００１．ｈｔｍｌＰｙｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＲｅｌａｘｏｒ－ｂａｓｅｄＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃＳｉｎｇｌｅＣｒｙｓｔａｌｓａｎｄＴ

5、ｈｅｉｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎＩｎｆｒａｒｅｄＤｅｔｅｃｔｏｒＬＩＬｏｎｇ，ＸＵＱｉｎｇ，ＺＨＡＯＸｉａｎｇｙｏｎｇ，ＬＵＯＨａｏｓｕ（ＳｈａｎｇｈａｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｅｒａｍｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１８００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｅｌａｘｏｒ－ｂａｓｅｄｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓｉｎｇｌｅｃｒｙｓｔａｌｓ（ｉ．ｅ．，ｌｅａｄｍａｇｎｅｓｉｕｍｎｉｏｂａｔｅ－ｌｅａｄｔｉｔａｎａｔｅ（ＰＭＮＴ），Ｍｎ－ｄｏｐｅｄＰＭＮＴ，ｔ

6、ｅｒｎａｒｙｌｅａｄｉｎｄｉｕｍｎｉｏｂａｔｅ－ｌｅａｄｍａｇｎｅｓｉｕｍｎｉｏｂａｔｅ－ｌｅａｄｔｉｔａｎａｔｅ（ＰＭＮＴ）ａｎｄＭｎ－ｄｏｐｅｄＰＩＭＮＴ）ｅｘｈｉｂｉｔａｈｉｇｈｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｐｅｒ－－－４２－－４２ｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｓｕｐｅｒｉｏｒｐｙｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｔｈｅｐｙｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｏｆ１５．３×１０Ｃ／ｍＫａｎｄ１７．２×１０Ｃ／ｍＫｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｆｏｒＰＭＮ－－０．２６ＰＴａｎｄＭｎ－ｄｏｐｅｄＰＭＮ

7、－－０．２６ＰＴ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｌｏｓｓｏｆｂｉｎａｒｙａｎｄｔｅｒｎａｒｙｒｅｌａｘｏｒ－ｂａｓｅｄｓｉｎｇｌｅｃｒｙｓｔａｌｓｄｅｃｒｅａｓｅｓｆｒｏｍ０．３％ｔｏ０．０５％ｄｕｅｔｏＭｎｉｏｎｓｄｏｐｉｎｇ，ｅｎｈａｎｃｉｎｇｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｖｉｔｙｆｉｇｕｒｅｏｆｍｅｒｉｔ（Ｆ－－５－－１／２ｄ）ｆｒｏｍ１５．３×１０Ｐａｔｏ４０．２×－－５Ｐａ－－１／２ｆｏｒＭｎ－ｄｏｐｅｄＰＭＮ－－０．２６ＰＴ．ＴｈｅＦ－－５－－１／２１０ｄｏｆＭｎ－ＰＩＭＮＴ（

8、２３／４７／３０）ｉｓ１９．５×１０Ｐａ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｅＣｕｒｉｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｓ２５３℃ｆｏｒＰＩＭＮＴ（４１／１７／４２）ａｎｄ１７９℃ｆｏｒＭｎ－ｄｏｐｅｄＰＩＭＮＴ（２３／４７／３０），ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．ＢｙｕｓｉｎｇｔｈｅＭｎ－ｄｏｐｅｄＰＭＮＴｓｉｎｇｌｅｃｒｙｓｔａｌｓａｓｓｅｎｓｉｔｉｖｅｅｌｅｍｅｎｔａｎｄｍｕｌｔｉ－ｗａｌｌｅｄｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓａｓａｂｓｏｒｂｉｎｇｌａｙｅｒ，ｗｅｃａｎ