热释电材料及其应用

示意图
热释电材料
什么是热释电材料？
具有自发极化特性的晶体材 料。自发极化是指由于物质本身的结构在某个方向 上正负电荷中心不重合而固有的极化。一般情况下， 晶体自发极化所产生的表面束缚电荷被吸附在晶体 表面上的自由电荷所屏蔽，当温度变化时，自发极 化发生改变，从而释放出表面吸附的部分电荷。晶 体冷却时电荷极性与加热时相反。热释电材料是一 种压电材料，是不具有中心对称性的晶体
高分百度文库有机 聚合物及复 合材料
氟乙烯）、P（VDF-TrFE）（偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物）、PVDF-PT （聚偏二氟乙烯与钛酸铅复合）、PVDF-PZT（聚偏二氟乙烯与锆钛酸 铅复合）、PT/ P（VDF-TrFE）、PVDF-TGS 等，高分子有机聚合物材
料具有可薄膜化、大面积化等特点。
金属氧化物陶瓷及薄膜材料如 ZnO、BaTiO3、PMN（镁铌 酸铅）、 PST （钽钪酸铅）、 BST （钛酸锶钡）、 PZNFT （ PbZrO3-Pb（NbFe）O3-PbTiO3）、PbTiO3、PbLaTiO3、 PbZrTiO3、PLZT 等。它们具有抗氧化、耐高温、耐潮湿、 抗辐射、变化材料配方可以改变性能、工艺简便、成本 低廉等特点。下面介绍了几种主要的铅基钙钛矿结构热 释电薄膜。
热释电材料的应用种类
具有热释电特性的材料有上千种，但广泛应用的不过十几种，主要 有硫酸三苷肽、锆钛酸铅镧、透明陶瓷和聚合物薄膜。热释电材料在工 业上可用作红外探测器件，热摄像管并在国防上有某些特殊用途。 其优点是不用低温冷却，但灵敏度比相应的半导体器件低
热释电效应
热释电效应指的是电介质的极化随温度改变的现象。设想一个单畴 化了的铁电体，其中极化的排列使靠近极化矢量两端的表面附近出现束 缚电荷。在热平衡状态，这些束缚电荷被来自体内的等量反号的自由电 荷所屏蔽，所以铁电体对外界并不显示电的作用。当温度改变时，极化 发生变化，原先的自由电荷不能再完全屏蔽束缚电荷，于是表面出现自 由电荷，它们在附近的空间形成电场，对带电微粒有吸引或排斥作用。 如果与外电路连接，则可在电路中观测到电流，升温和降温两种情况下 电流的方向相反
贝塞尔效应
1821年，德国物理学家赛贝尔（T.J Seebeck， 1780～1831）首先发现了“温差电”现象。他将铜 导线和秘导线连成一个闭合回路（中间未加任何电 源），然后用手握住结点，这样就使两结点之间产 生了温差，有趣的现象出现了，导线上居然产生了 电流。同样，用冷却结点的方法也可观察到这样的 现象。这就是“温差电”效应。这个现象发现后一 直到1834年，德国的帕耳帖（J.C.A. Peltier， 1785-1845）才发现了它的逆效应，即当有电流通 过回路时，结点处有温度的变化（我们知道结点处 电阻比较大,因而产生的热效应比较明显)。随后在 1840年和1842年，焦耳和楞次才分别发现了电流转 化为热的著名定律。
热释电材料分类
单晶 材料
单晶材料如 TGS （硫酸三甘肽） 、 DTGS （氘化的 TGS ）、 CdS 、 LiTaO3、 LiNbO3、 SBN（铌酸锶钡）、 PGO（锗酸铅）、 KTN（钽铌酸钾） 等，它们具有灵敏度高、稳定性好、可靠性高、频率响应特性好等特点。
高分子有机聚合物及复合材料如 PVF（聚氟乙烯）、PVDF（聚偏二
金属氧化物 陶瓷及薄膜 材料
金属氧化物陶瓷及薄膜材料
01 02 03
PT 材料 PZT 材料 PLT 材料
04 05
06
PLZT 材料 PCT 材料
PLCT 材料
热释电材料的应用
热释电红外传感器结构
随着红外技术的发展，热释电红外探测器、热释电 测温仪、热释电摄像仪等现在巳广泛应用于火焰探 测、环境污染监测、非接触式温度测量、夜视仪、 医疗诊断仪、红外光谱测量、激光参数测量、家电 自动控制、工业过程自动监控、安全警戒、红外摄 像、军事、遥感、航空航天空间技术等领域