安大陶瓷材料课件06功能陶瓷-5热释电陶瓷

一陶瓷的热释电效应晶体受热温度升高，由于温度变化而导致自发极化的变化，在晶体的一定方向上产生表面电荷，这种现象称为热释电效应。热释电效应是一种自然现象，也是晶体的一种物理效应。

6.５热释电陶瓷第六章功能陶瓷：自发极化的变化量；：热释电系数；：温度的变化量。

6.５热释电陶瓷第六章功能陶瓷热释电效应反映了晶体的电量与温度之间的关系，可用下式表示：

6.５热释电陶瓷第六章功能陶瓷晶体中存在热释电效应的前提是：具有自发极化，即晶体结构的某些方向的正、负电荷中心不重合（存在固有电矩）有温度变化，即热释电效应是反映材料在温度变化状态下的性能。

6.５热释电陶瓷第六章功能陶瓷在32类晶体中，只有10类不具有对称中心的极性晶体，即具有极化轴的晶体才具有热释电效应。这些热释电晶体又分两类：一类是具有自发极化，但是自发极化不能为外电场所转向的晶体。另一类是自发极化可为外电场所转向的晶体，即铁电晶体。

6.５热释电陶瓷第六章功能陶瓷这些铁电晶体中大多数可制成多晶陶瓷。陶瓷体经过强直流电场的极化处理后，能从各向同性体变成各向异性体，并具有剩余极化，就象单晶体一样呈现热释电效应。

热释电材料的自发极化（）温度特性如图6-5所示。在居里温度

附近，自发极化急剧下降；而远离居里温度时，其自发极化随温度的变化相对较小。也就是说，在居里温度附近，热释电效应较大。

6.５热释电陶瓷第六章功能陶瓷由式可知，在恒定压力和恒定电场下，热释电系数可表示为：：自发极化；：温度；：电场；P称为一级热释电系数，以表示。

6.５热释电陶瓷第六章功能陶瓷：弹性应力；

6.５热释电陶瓷第六章功能陶瓷应该注意到，在温度变化时，不但使系统的熵值变化产生自发极化变化，而且，因温度变化造成应变。应力产生变化，通过压电效应又对自发极化造成影响。这类热释电系数称为二级热释电系数。所以，总的热释电系数应由两部分组成：，式中，：在恒定应力下测得的总热释电系数；：在恒定应变下的热释电系数，称为一级热释电系数；：二级热释电系数，是由晶体热应变引起的。

6.５热释电陶瓷第六章功能陶瓷二热释电陶瓷材料及其应用

6.５热释电陶瓷第六章功能陶瓷热释电材料有单晶和陶瓷两大类单晶热释电材料包括：TGS（硫酸三甘肽）、LiNbO3和LiTaO3、(Ba-Sr)Nb2O6等。正在发展应用的热释电陶瓷材料有：BaTiO3陶瓷、PbTiO3陶瓷、Pb(Zr,Ti)O3陶瓷等。

硅窗口FET导电基座导电胶图6-6热释电传感器的结构

6.５热释电陶瓷第六章功能陶瓷热释电陶瓷材料应用很广，目前最主要的应用是作为热释电探测器，其基本结构如图6-5所示。

6.５热释电陶瓷第六章功能陶瓷在金属管座中央，固定金属导电基座。再于导电基座的中央用特种导电胶固定热释电晶片。晶片厚度为50μm。晶片表面镀上电极。

6.５热释电陶瓷第六章功能陶瓷由于晶片为高阻抗，所以用场效应管(FET)进行阻抗变换。为了减少噪声影响，FET装在金属壳内。金属壳上固定着硅或者锗窗口。

6.５热释电陶瓷第六章功能陶瓷热释电探测器的工作过程为：接受辐射（红外辐射）产生温升，由于温升而引起热释电晶片表面电荷的变化。由于晶片表面电荷变化引起晶片上、下表面电势差的变化，通过放大器使其转换成电压或电流进行测量。

6.５热释电陶瓷第六章功能陶瓷热释电探测器比光探测器适用于更宽的频带范围，从X光射线到微波范围均可适用。热释电探测器工作时，不必达到热平衡，这就使它既可在室温下工作，又具有响应快的特点。

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