热释电材料及其应用

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热释电材料及其应用讲解

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
释电薄膜。
金属氧化பைடு நூலகம்陶瓷及薄膜材料
01
PT 材料
02
PZT 材料
03
PLT 材料
04
PLZT 材料
05
PCT 材料
06
PLCT 材料
热释电材料的应用
热释电红外传感器结构示意图
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
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
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

热释电效应及应用

热释电效应及应用作者：xxx 学号：xxxxxxx【摘要】本文从热释电的起源谈起，重点说明了热释电效应、热释电测温原理，以及讨论了热释电效应的两种应用——热释电探测器和热释电传感器。

又说明了热释电探测器的性能参数以及热释电探测器目前和未来的应用。

关键字：热释电热释电效应热释电探测器热释电传感器热释电材料1、热释电效应的起源早在公元前315年，古希腊学者在《论石头》一书曾有这样的叙述：电气石不仅能吸引麦秸屑和小木片，而且也能吸引铜或铁的薄片。

这可能是有关热释电现象的最早记录。

具有自发极化的物体，当它的温度发生变化时会产生过剩的表面热释电电荷。

这种热释电效应与熟知的温差电效应不同。

温差电效应是由于电偶两端的温度不同引起电动势。

面热释电效应是由于某些电介质的自发极化随温度变化产生的。

热释电效应只对温度的变化率有响应。

使物体温度发生变化的热交换方式有传导、对流和辐射，但经常使用的是辐射加热方式使热释电材料升温，所以热释电效应的主要应用是制作红外探测器，又称辐射传感器。

这类探测器是以光——热——电转换方式来检测电磁辐射，所以是一种热敏感型器件。

2、热释电效应对于各项异性晶体，晶体存在着固有的自发电极化。

晶体的温度发生变化时，晶体的自发极化强度也随之改变，与极化强度方向垂直的晶体表面就会产生热释电电荷。

宏观上是温度的改变是在材料的两端出现电压或产生电流。

但是，通常情况下这类晶体并不显出外电场因为若这种材料是导体，那么它的自由电荷分布将与内电矩相抵消；如果这种材料是绝缘体，则杂散电荷被吸引而趋附在表面直到与极化引起的表面电荷相抵消，当晶体的温度变化比较快而内部的或外界的电荷来不及补偿热释电电荷，这时会显出外电场这种晶体随温度变化而产生电荷的现象称为热释电效应。

3、热释电材料热释电材料首先是一种电介质，是绝缘体。

它是一种对称性很差的压电晶体，由于分子间正负电荷中心不重合而产生的自发电极化即固有电偶极矩。

在垂直电极化矢量P s 方向的材料表面就会产生束缚电荷，面电荷密度σs=|P s |。

铁电体、热释电体、压电体和介电体及其之间的关系

铁电体、热释电体、压电体和介电体及其之间的关系
铁电体、热释电体、压电体和介电体都是电子材料种类之一，它们在电子领域和工业
领域中有着广泛的应用，是电子材料中的重要种类。

下面我们来了解一下这些电子材料之
间的关系。

铁电体：铁电体是具有铁电性的晶体材料，铁电性是材料自身结构的一个特性，即当
材料暴露在电场中时，会发生电偶极矩的取向变化。

这个特性使得铁电体在电子产品中有
非常广泛的应用，比如它可以用作电容器、震荡器、传感器、存储器等，这些器件在电子
产品中起到重要的作用。

热释电体：热释电体是一种能够将温度变化转化为电能的材料，也叫做热电材料。

热
释电体使用的原理是通过热电效应将热能转化为电能，这个效应是指材料在温度差异作用
下会产生电势差。

热释电体具有良好的稳定性和性能，可以应用于如温度测量、温差发电、制冷等领域。

介电体：介电体是一种在电场作用下不会导电的材料，介电体在电子器件中有广泛的
应用，比如用作电容器、滤波器、隔离器、保险丝等。

由于介电体具有较高的绝缘性能，
它可以防止电信号的干扰和噪声，可以使电子器件的性能更加稳定。

尽管以上这些电子材料在应用领域不同，但它们之间有着一些共同的特性，比如它们
都是晶体材料，都可以产生电势差并转化为电能，它们都可以在电子领域中应用，有着一
定的互相联系。

当然，它们也存在一些区别，这主要体现在各自使用效应的不同点上。

热释电材料及其应用

热释电材料及其应用王文瀚12S0110291 热释电效应热释电效应指的是极化强度随温度改变而表现出的电荷释放现象，宏观上是温度的改变使在材料的两端出现电压或产生电流。

考虑一个单畴化的铁电体，其中极化强度的排列使靠近极化矢量两端的表面附近出现束缚电荷。

在热平衡状态下，这些束缚电荷被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，极化强度发生变化，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，他们在附近空间形成电场，对带电微粒有吸引或者排斥作用。

通过与外电路连接，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，与铁电体中的压电效应相似，热释电效应中电荷或电流的出现是由于极化改变后对自由电荷的吸引能力发生变化，使在相应表面上自由电荷增加或减少。

与压电效应不同的是，热释电效应中极化的改变由温度变化引起，压电效应中极化的改变则是由应力造成的。

属于具有特殊极性方向的10个极性点群的晶体具有热释电性，所以常称它们为热释电体。

其中大多数的极化可因电场作用而重新取向，是铁电体。

经过强直流电场处理的铁电陶瓷和驻极体，其性能可按极性点群晶体来描写，也具有热释电效应。

2 热释电效应的描述热释电效应的强弱由热释电系数来表示，假设整个晶体的温度均匀地改变，则极化的改变可由下式给出：, 1,2,3m m P p m T∂==∂ 其中P 为极化强度，T 为温度，其单位为cm -2 K -1。

热释电系数符号通常是相对于晶体压电轴的符号定义的。

按照IRE 标准的规定，晶轴的正端沿该轴受张力时出现正电荷的一端。

在加热时，如果靠正端的一面产生正电荷，就定义热释电系数为正，反之为负。

铁电体的自发极化一般随温度升高而减小，故热释电系数为负。

但相反的情况也是有的，例如罗息盐在其居里点附近自发极化随温度升高而增大。

在研究热释电效应时，必须注意边界条件和变温的方式。

因为热释电体都具有压电性，所以温度改变时发生的形变也会造成极化的改变，这也是对热释电效应的贡献。

压电热释电铁电材料的应用

压电热释电铁电材料的应用引言：压电热释电铁电材料是一类独特的功能材料，具有压电、热释电和铁电效应。

这些特殊的性质使得压电热释电铁电材料在很多领域中有着广泛的应用。

本文将介绍压电热释电铁电材料的概念及其应用。

一、压电效应的应用：压电效应是指在外加电场的作用下，压电材料会发生形变。

压电效应在各个领域中有着广泛的应用。

例如，在声学领域，压电传感器利用压电效应将压力信号转化为电信号，用于测量、控制和监测声波。

在医疗领域，压电效应被应用于超声波技术中，用于诊断和治疗。

此外，压电效应还被应用于振动传感器、加速度计、压力传感器等领域。

二、热释电效应的应用：热释电效应是指在温度变化的作用下，热释电材料会发生电信号的变化。

热释电效应在能量转换和传感器方面有着重要的应用。

例如，热释电发电机利用热释电效应将热能转化为电能，实现能量的回收和利用。

此外，热释电效应还被应用于温度传感器、红外传感器等领域。

三、铁电效应的应用：铁电效应是指在外加电场的作用下，铁电材料会发生极性反转。

铁电效应在信息存储和传输方面有着广泛的应用。

例如，铁电存储器利用铁电效应来实现信息的存储和读取。

铁电材料还被应用于传感器、电容器等领域。

四、压电热释电铁电材料的综合应用：压电热释电铁电材料的综合应用在科学研究和工程实践中起到了重要的作用。

例如，在机械工程领域，压电热释电铁电材料被应用于振动能量收集器，将机械振动能量转化为电能，实现自供电。

在电子工程领域，压电热释电铁电材料被应用于传感器、开关等元件，实现电信号的控制和传输。

此外，压电热释电铁电材料还在声学、光学、生物医学等领域有着广泛的应用。

结论：压电热释电铁电材料的应用涵盖了许多领域，包括声学、医疗、能源、传感器等。

这些材料的特殊性质使得它们在能量转换、信息存储和传感器方面具有独特的优势。

随着科学技术的不断进步，压电热释电铁电材料的应用前景将更加广阔，为人类创造更多的价值。

4-2 热释电材料与器件

4.2.3 热释电材料制备方法 TGS热释电单晶一般是通过降低温度法生长晶体，
对TGS饱和溶液进行缓慢降温，降低溶解度产生过饱和以长出大尺寸优质单晶。LT单晶与铌酸锶钡单晶都是用提拉法从熔体中生长的。热释电陶瓷的制备方法与压电陶瓷的制备方法基本一致，都经过配料-混合磨细-预烧二次细磨-造粒-成型-排塑-烧结成形-外形加工-被电极-高压极化-性能测试的流程。热释电薄膜的制备方法有溅射法、脉冲激光沉积法、溶胶-凝胶法、流延法等。
热释电温度/红外辐射传感器其结构如图所示，一般由以下部件构成：一个菲涅尔透镜，用来聚焦红外线，减少环境中的红外辐射的干扰，并且将检测区域分为可见区和盲区，当物体移动时，能产生变化的电信号；
热释电红外传感器结构与器件示意图
一个多层膜干涉滤光片，滤掉可见光和无线电波，只让红外线经过菲涅尔透镜和滤光片照到热释电材料上；
在室温下工作的非制冷红外焦平面阵列（UFPA）是红外热像仪的核心器件，UFPA由一个个铁电场效应晶体管探测器构成，其中的铁电薄膜的极化受红外辐射而变化时，漏极电流也随之发生变化。热释电探测器的性能参数是影响整机性能的关键因素，包括响应率、噪声、噪声等效功率、噪声等效温差、探测率、最小可分辨温度和热响应时间等。UPFA基的红外热像仪已经广泛应用于工业监测探测、战场侦察监视探测与瞄准、红外搜索与跟踪、消防与环境监测、医疗诊断、海上救援、遥感等领域。
4.2.4 热释电材料器件例1 温度/红外辐射传感器
任何物体只要温度高于0K，就会向外辐射红外线，温度越高，红外辐射越强，而且能够显著地被物体吸收转变成热量。当热释电温度/红外辐射传感器检测范围物体内有温度变化时，就会使传感器内的热释电材料温度发生变化，在两个电极表面产生电荷和电压，检测电压大小，就能获知物体的温度变化量。热释电传感器拥有价格低廉，性能稳定，可远距离/非接触探测的优点，在防盗报警、火灾警报、非接触式开关、红外探测等领域广泛应用。

热释电材料

热释电材料
热释电材料，又称热敏电阻材料，是一种可以将热能转换为电能的新
型材料。

这类材料具有体积小，重量轻，电阻可调等优点，可用于温度检
测和温度控制。

热释电材料一般由半导体或绝缘体材料制成，其特性是温度升高时，
其电阻会随之增大，从而改变电路的工作状态，从而产生温度信号。

目前
常见的热释电材料有硅质热释电材料、聚苯乙烯材料、多元聚合物热释电
材料、硫化橡胶、碳酸钙热释电材料等。

硅质热释电材料是目前应用最广泛的热释电材料，其特点是湿性强、
温度灵敏度高、温度稳定性好，但热稳定性差、电阻变化率低。

多元聚合物热释电材料，其热释电效应是由其含水量决定的，其电阻
敏感度高，劣质的多元聚合物热释电材料劣质程度很高，会因湿气的变化
而产生电阻变化，会影响温度信号的可靠性。

碳酸钙热释电材料是一种热敏电阻新型材料，与传统热敏电阻材料相比，它具有更好的热稳定性。

如果湿度过大，它的热敏效应会降低，因此
也不能用于低温环境。

热释电材料得到了广泛应用，可用于各种温度检测和温度控制系统中。

随着新型材料的出现，热释电材料将会发挥更大的作用，为社会的发展贡
献力量。

压电、热释电与铁电材料及应用PPT文档21页

压电、热释电与铁电材料及应用
压电、热释电与铁电材料及应用
指导老师：
班级：姓名：
压电材料的物理机制
压电效应的原理典型压电材料分析
压电效应的原理
多晶体结构的压电材料在一定温度下经极化处理制成压电元件，它在受到外力作用而发生形变时，其表面会产生极化电荷，这就是所谓压电效应；反之，当在压电元件两端面加一外电场时会发生伸缩形变，称为逆压电效应。压电效应中各量（力学量、电学量和压电常数等）之间的关系可用一方程组描述：
谢辞
感谢各位老师对我的论文给予指导! 感谢同学们给予我的支持!
谢谢大家！
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
SiO 2
典型压电材料分析
热释电红外报警器工作原理
热释电红外报警器主要由光学系统、热释电红外传感器、信号滤波和放大、信号处理和报警电路等几部分组成，其结构框图如图所示。图中，菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而加强其能量幅度。达到报警效果。
热释电、铁电材料的Байду номын сангаас展方向
未来铁电薄膜以及介电模式工作的陶瓷材料将成为成像应用的主要热释电材料。在薄膜材料这方面首先研制高性能的热释电薄膜，并要求制备工艺中的温度不要超过 550℃，以便与硅工艺相兼容。介电模式工作的热释电材料中，以BST和PST陶瓷为主流，可以探讨采用其他工艺来提高此类材料的热释电性能。

热释电体的应用及原理

热释电体的应用及原理1. 介绍热释电效应是指当某些材料受到热辐射时，会产生电势差，从而产生电流。

这种现象被广泛应用于热释电体的研究和应用中。

本文将介绍热释电体的应用及其原理。

2. 热释电体的原理热释电效应是指材料受到热辐射时，由于材料中的载流子的浓度发生变化，从而引起电势差的产生。

这是由于热辐射导致材料中的电荷分布不均匀，从而产生电势差。

这种效应通常由热释电效应系数来描述，单位为伏特/瓦特。

3. 热释电体的应用热释电体的应用非常广泛，下面将介绍其中的一些应用领域。

3.1 热成像热释电体可以被用来进行热成像，通过测量热释电体的电势差变化，可以得到不同区域的温度分布情况。

这在医学、军事和工业领域都有广泛的应用。

3.2 热传感器热释电体也可以被用作热传感器，在温度变化较大的环境中，可以通过测量热释电体的电势差变化来获得温度的变化情况。

3.3 人体检测由于人体发出的红外热辐射较大，可以通过利用热释电体来检测人体的存在。

这在安保和自动控制系统中有广泛的应用。

3.4 环境监测热释电体可以用来检测环境中的温度变化，从而用于环境监测和气象预报。

3.5 无线充电利用热释电体的热能转化为电能的特性，可以用来进行无线充电，这在电子设备中有广泛的应用。

4. 热释电体的优势和挑战热释电体具有以下优势:•简单易用: 热释电体的工作原理相对简单，使用方便。

•高灵敏度: 热释电体可以对微小的温度变化产生响应，具有高灵敏度。

•无需外部电源: 热释电体不需要外部电源，可以直接转化热能为电能。

然而，热释电体也面临以下挑战:•外界干扰: 热释电体易受到外界温度变化和干扰的影响，可能导致误测。

•响应速度较慢: 热释电体的响应速度相对较慢，不适用于一些快速变化的应用场景。

5. 结论热释电体是一种应用广泛且具有潜力的材料，其应用领域涉及热成像、热传感器、人体检测、环境监测和无线充电等。

热释电体的工作原理是基于热释电效应，通过测量材料受到热辐射产生的电势差来获得相关信息。

热释电材料及其应用

热释电材料及其应用
热释电材料是一种特殊的材料，它可以通过温度的变化来产生电能。

这种材料通常由铁电体、锂钽酸盐、锂铌酸盐、硼酸盐、硫化物等组成。

热释电材料具有很广泛的应用领域，其中包括：
1. 热能转换：热释电材料可以将热量转换为电能，用于制造热电发电机、太阳能电池等。

2. 热成像：热释电材料具有很好的红外热成像性能，可以用于制造红外热成像仪、热成像相机等。

3. 传感器：热释电材料可以用于制造传感器，如温度传感器、压力传感器等。

4. 安全防护：热释电材料可以用于制造火灾探测器、热辐射计等，用于防止火灾等安全事故的发生。

热释电材料的研究和应用一直是材料科学领域的热点之一。

随着科技的不断进步和发展，相信它将在更广泛的领域得到应用。

第九章-电介质材料-压电热释电铁电介质材料_2

➢十八世纪初，荷兰商人将这种电气石引入欧洲，被称为锡兰磁石。
➢1756年，德国物理学家 Aepinus（电容器发明者）研究电气石产生电的行为，第一次观测到温度改变引起的电极化现象。
➢1824 年，苏格兰物理学家 D.Brewster将这种产生电的行为称为热电性。1817 年，法国矿物学家 RenéJust Heuy 第一次提到了压电效应。
➢1880 年，法国物理学家居里兄弟发现石英具有压电性：当重物放在石英晶体上，晶体某些表面会产生电荷，电荷量与压力成比例。他们所报导的这些晶体中就有后来广为研究的罗息盐(酒石酸钾钠－ NaKC4H4O6．4H2O)。
13
▪1881年李普曼(G. Lippman)根据能量守恒和电荷量守恒的原理，推测逆压电效应(Converse piezoelectric effect) 的存在，这一预言很快就被居里兄弟用实验所证实。
剩余极化强度
剩余伸长 (c)极化处理后
电极
－－－－－＋＋＋＋＋
极化方向
－－－－－电极＋＋＋＋＋
自由电荷束缚电荷
陶瓷片内束缚电荷与电极上吸附
的自由电荷示意图
22
如果在陶瓷片上加一个与极化方向平行的压力F，如图，陶瓷片将产生压缩形变（图中虚线），片内的正、负束缚电荷之间的距离变小，极化强度也变小。因此，原来吸附在电极上的自由电荷，有一部分被释放，而出现放电荷现象。当压力撤消后，陶瓷片恢复原状(这是一个膨胀过程)，片内的正、负电荷之间的距离变大，极化强度也变大，因此电极上又吸附一部分自由电荷而出现充电现象。这种由机械效应转变为电效应，就是正压电效应。
➢外界的作用（如压力或电场的作用）使该剩余极化强度发生变化，导致陶瓷出现（充放电或形变）压电效应。

一种热释电复合材料及其制备方法和应用[发明专利]

专利名称：一种热释电复合材料及其制备方法和应用专利类型：发明专利
发明人：董成磊,赵军,袁亚丽,张忠,张晖
申请号：CN201910320315.7
申请日：20190419
公开号：CN110028741A
公开日：
20190719
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供一种热释电复合材料及其制备方法和应用，所述复合材料包括热释电性的聚合物基体材料和无机纳米颗粒填料。

所述复合材料兼具两类材料良好的热释电效应和聚合物基体优异的耐候性能、机械性能，可被应用于传感器、医疗诊断、空气净化等领域。

其可制备成薄膜、纤维、多孔网络、织物等多种形式。

其在空气净化领域的应用主要是利用其静电效应吸附大气污染物中的细微颗粒物等，且容尘后可通过清理、水洗、热处理再生，实现了材料的重复再生反复使用，从而减少废弃污染物的产生，节约大量能耗，保护了生态环境，具有良好的应用前景。

申请人：国家纳米科学中心
地址：100190 北京市海淀区中关村北一条11号
国籍：CN
代理机构：北京品源专利代理有限公司
代理人：巩克栋
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热电材料的研究与应用前景

热电材料的研究与应用前景随着社会的发展，人们对高效能源的需求越来越迫切，而热电材料的研究和应用成为了一个重要的方向。

热电材料能够把废热转换成电能，实现能量的自给自足，具有广阔的应用前景。

本文将从热电材料的基本原理、目前热电材料的研究现状以及未来的应用前景等方面展开探讨。

一、热电材料的基本原理热电材料是指能够实现热电转换的材料，主要包括热电发电和热电制冷两个方面。

热电发电是指将热能转换为电能，其基本原理为热释电效应和塞贝克效应。

热释电效应是指当一种材料受到温度变化时，它所产生的电压发生变化。

塞贝克效应是指当一种材料受到电压变化时，它所产生的温度发生变化。

通过这两种效应的组合，能够实现将废热转换为电能，从而实现能量的自给自足。

热电制冷是指将电能转换为冷能，其基本原理为逆塞贝克效应。

逆塞贝克效应是指当一种材料受到电压变化时，它所产生的温度也随之变化。

通过这种效应的作用，能够实现将电能转换为冷能，从而实现制冷效果。

二、目前热电材料的研究现状目前热电材料的研究主要集中在以下几个方面：1.新型热电材料的研究传统的热电材料效率较低，制约了其应用范围。

因此，人们正在研究新型热电材料，如石墨烯、碳纳米管等材料，这些材料具有良好的热导率和电导率，能够有效提高热电材料的能量转换效率。

2.优化热电材料结构热电材料的结构对其能量转换效率有着至关重要的影响。

因此，人们正在通过优化热电材料的结构，如晶体结构、化学组成等方面，提高其能量转换效率。

3.提高热电材料的稳定性热电材料在高温、高压等恶劣环境下的稳定性十分重要。

因此，人们正在研究如何提高热电材料的稳定性，使其能够在各种极端环境下稳定运行。

三、未来的应用前景随着社会的发展，热电材料的应用前景越来越广泛。

以下是热电材料未来的应用前景：1.能源领域热电材料可以将废热转换为电能，使得能源的利用效率得到提高，从而降低了能源的消耗。

在未来的能源领域中，热电材料将会发挥越来越重要的作用。

一种热释电材料的应用[发明专利]

专利名称：一种热释电材料的应用
专利类型：发明专利
发明人：张妍,谢文韬,吕治东,唐仲鼎,李晓茹,范凯龙,周科朝申请号：CN202010473493.6
申请日：20200529
公开号：CN111592351A
公开日：
20200828
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种热释电材料的应用，将热释电材料用于热能收集，利用温度变化将热能转化为电能，所述热释电材料为多孔锆钙钛酸钡陶瓷材料；所述温度变化≥1℃；所述多孔锆钙钛酸钡陶瓷材料的孔隙率为10％～60％。

本发明首创的将多孔锆钙钛酸钡陶瓷材料应用于热能收集，发明人发现，多孔锆钙钛酸钡可作为热释电材料，其工作原理为当环境温度发生变化，热释电材料由于热释电效应，使材料的上下表面产生电压，将热能转换为电能，本发明中将多孔锆钙钛酸钡作为热释电材料用于热能收集，其热能转化为电能的条件为温度波动≥1℃，即只需有1℃的温度波动，即能实现热能收集，热能收集的效率相对于现有技术的热电材料大幅提升。

申请人：中南大学
地址：410083 湖南省长沙市岳麓区麓山南路932号
国籍：CN
代理机构：长沙市融智专利事务所(普通合伙)
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热释电_精品文档

❖ 这类器件使用时不需要低温条件，频率特性好，能探测的红外波段非常宽，从可见光至远红外波段都可以探测，在热探测领域中占有十分重要的地位。近几年来，非致冷红外焦平面阵列技术的突破和发展，使热释电— —铁电型非致冷红外焦平而阵列广泛地应用于军品和民品各个相关领域。热释电材料及其应用研究已成为凝聚态物理和技术中活跃的研究课题之一。
丙烯共聚物等
分
类
金属氧化物陶瓷及薄膜
• 如Zn0、BaTi03、PMN（镁铌酸铅）、 PST（钽钪酸铅）、BST（钛酸锶钡）、 PbTi03、PLT(钛酸铅镧)、PZT（锆钛
材料
酸铅）等
二、热释电材料特点
❖ 2.1、单晶材料 ❖ 最早的实用热释电材料是硫酸三甘肽(TGS)类晶
体
❖ TGS晶体具有热释电系数大、介电常数小、光谱响应范围宽、响应灵敏度高和容易从水溶液中培育出高质量的单晶等优点。但它的居里温度较低，易退极化，且能溶于水，易潮解，制成的器件必须适当密封。
❖ 具有热释电效应的材料称为热释电材料。
❖ 晶体的自发极化随温度发生的变化是其热释电效应的来源。
❖ 思考：热释电材料在温度变化时会在一定方向上产生表面电荷，也就是说电荷反应了温度的变化，能否利用这个现象来检测温度？实现非电量的电测？

热释电材料的研究历史和现状
❖ 公元前372年，人们观察到电气石的热释电效应。到1 9世纪末，关于热释电效应定量的和理论的研究开始增多。20世纪60年代，激光和红外技术的发展，促进了热释电效应及其应用的研究，至今发现和改进了系列重要的热释电材料，研制出了性能优良的热释电探测器和热释电摄像管等器件。
热释电材料结构特点及其极化应用
❖ 电介质材料的电性包括介电性、压电性、铁电性和热释电性等。

热释电材料原理及应用

热释电材料原理及应用热释电材料是一种能够将温度变化转化为电能的材料。

它的工作原理是基于热效应和电效应之间的相互转换。

热释电效应是指当某些物质受到热量刺激时，会产生电势差。

这是由于材料内部电荷分布的不均匀性导致的。

当物质的温度变化时，其内部的正、负电荷会发生位移，从而形成电势差。

这种电势差可以驱动电子在外部回路中流动，产生电流。

热释电材料主要分为无机热释电材料和有机热释电材料两类。

无机热释电材料主要包括铁电材料、铁电体材料、铁电聚合物材料等。

有机热释电材料主要是有机高分子材料，例如聚乙烯吡咯烷酮（PVDF）。

热释电材料有许多应用。

首先是能量采集和转换方面的应用。

由于热释电材料可以将温度变化转化为电能，因此可以用于制造热电发电器件。

这些发电器件可以利用环境中的温度变化，例如太阳能、地热能、人体热能等，将其转化为电能。

热释电发电器件可以应用于自动化设备、传感器、移动电源等领域，为这些设备提供持续的电力供应。

其次，热释电材料还可以用于热探测和成像方面的应用。

由于热释电材料对温度的变化非常敏感，因此可以用于制造热像仪和红外测温仪等热成像设备。

这些设备可以通过测量物体表面的温度分布来获取图像信息，并应用于安防监控、工业检测、医疗诊断等领域。

此外，热释电材料还可以用于纳米电子器件和柔性电子器件等领域。

由于热释电材料具有柔性和可塑性等特点，因此可以制造出柔性的电子器件。

这些器件可以应用于柔性显示屏、可穿戴设备、电子皮肤等领域。

此外，热释电材料还可以用于环境监测和控制方面的应用。

由于热释电材料对环境温度变化非常敏感，因此可以用于制造温度传感器和智能控制系统。

这些设备可以检测环境的温度变化，并通过控制系统进行相应的反馈和调节，以实现温度的控制和调节。

总结起来，热释电材料是一种能够将温度变化转化为电能的材料。

它的原理是基于热效应和电效应之间的相互转换。

热释电材料有许多应用，包括能量采集和转换、热探测和成像、纳米电子器件和柔性电子器件、环境监测和控制等领域。

热释电

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选择敏材料要考虑的因素
工作环境的最高温度; 要求稳定工作的温度范围; 环境状况及条件; 敏感波长区; 被探测的功率水平; 探测器的尺寸; 工作频率; 材料的热电性能、机械加工性能、成本等。
很难找到一种能充分满足上述各项要求的材料。因此,研制和发展了各种不同类型的热释电材料。
PART ONE
热释电陶瓷
与热释电单晶材料相比,铁电氧化物型热释电陶瓷具有一系列优点, 如易于制成大面积的器件且成本低, 力学性能和化学性能好, 便于加工, 居里温度高, 所以在通常条件下, 没有退极化问题. 此外, 在陶瓷中可以进行多种多样的掺杂和取代 ,可在相当大的范围内调节其性能, 如热释电系数, 介电常数和介电损耗等, 从而进一步提高热释电材料的性能. 初期研究的金属氧化物陶瓷热释电材料以各种掺杂改性的 PbZrO3一PbTiO3(PZT)二元系为主。具有很大的热释电系数,相对介电常数在200-500之间,且相变前后自发极化方向不变,仅数值改变,介电常数的变化也不大,因此非常适合作热释电材料。但缺点是其相变温度高于室温,且存在热滞,导致热释电响应的非线性。热释电性能较高的铁电陶瓷,代表是PLZT陶瓷, 它是用La 置换PbTiO3 - PbZrO3中部分Pb 的固溶体,其组成为( Pb1- xLax ) ( Zr1- yTiy )O3, 它的居里温度高, 热释电系数也很高, 且随 La的添加量增加, 热释电系数上升, 除了某些组成的铌酸锶钡外, PLZT的热释电系数比其它材料高, 但其介电系数和介电损耗也较大, 这对热释电电压灵敏不利.
PART ONE
几种典型的热释电陶瓷参数比对
PART TWO

热释电红外传感器的研究现状

热释电红外传感器的研究现状苟江川（哈尔滨工业大学电气学院黑龙江哈尔滨150001）摘要：热释电红外传感器广泛应用与各种自动控制系统中，目前发展迅速，本文介绍了热释电外传感器的研究现状，包括热释电材料，及其传感器的结构类别及特性。

讨论了热释电传感器的应用领域和发展前景。

关键词：热释电红外传感器；热释电材料；类别；应用。

1.引言热释电红外传感器是一种新型高灵敏探测元件。

它是利用某些材料的热释电效应制成的红外检测元件。

1938年就曾有人提出过利用热释电效应探测红外辐射的想法, 但长期没有得到重视。

直到20世纪60年代，随着激光、红外技术的迅速发展，才推动了热释电效应的研究和对热释电晶体的应用。

90年代初期, 人们采用新材料研制成功了一种新型传感器件一热释人体红外传感器, 它专门用来检测人体辐射的红外线能量, 目前已广泛应用于国际安全防御系统、自动控制、告警系统等中。

2.研究现状过去, 欧美曾是热释电红外传感器的主要生产者和主要应用市场, 近些年日本奋起直追, 迎头赶上。

现在, 日本多家公司正努力研究和开发多种热释电红外传感器。

例如, 陶瓷公司、Hokuriku 电气工业公司等。

一些产品已占领国外市场[ 1]。

红外传感器主要分两大类, 一类是光电型, 一类是热敏型[ 2]。

前者利用光电效应工作, 响应速度快, 检测特性好。

但需要冷却, 使用不方便。

而且器件的检测灵敏度与红外波长有关。

而热释电器件属于后者, 它工作在室温条件下, 检测灵敏度很高, 而且与辐射波长无关, 可探测功率只受背景辐射的限制。

而且热释电器件响应也很快, 应用又方便。

因此, 热释电红外传感器是光电型传感器无法取代的。

2.1 热释电材料目前已发现的热释电材料有许多种, 但最常用的不过10 种。

这些热释电材料可分成三类: ( 1)单晶材料, 例如, 硫酸三甘肽( TGS) 或铌酸锂;( 2) 陶瓷材料, 例如, 锆钛酸铅( PZT) 和钛酸铅;( 3) 高分子薄膜材料, 如, 聚偏二氟乙烯。

热释电陶瓷的应用-PPT文档资料

热释电陶瓷
0407401 同的金属导线分别连接
起来，一端加热，一端冷却，那么在导线中将产生电流。当电流流过两根不同导线的两个接头时，则一个接头放热，另一个接头吸热。另外，在一段均匀的导线上，只要温差存在，也会有电动势发生。这些就是金属的热电效应。
半导体受热时，由于热激发载流
子增多，使其导电能力增大，电阻下降。如果两种不同的半导体两端相互连接成回路，当回路两端保持温度不同，在回路中就会产生一个电动势。这种情况称为半导体的热电效应。
热释电效应
当一些晶体受热时，在晶体两端将会产
生数量相等而符号相反的电荷，这种由于热变化产生的电极化现象，被称为热释电效应。
中国热释电材料的制作情况热释电材料是红外探测器的关键敏感元材料。上海硅酸盐研究所已开发出一系列具有自主知识产权的热释电陶瓷材料产品，曾向国内有关用户批量提供热释电陶瓷材料，有关器件水平达到或超过日本同类产品的水平。
部分热释电陶瓷材料性能
高电阻率 PZT 陶瓷材料热释电系数 (C/cm•.k) 相对介电常数介质损耗电阻率(.cm) 4.510-8 300 510-3 101012 低电阻率PZT 陶瓷材料 3.510-8 210 <1% 1.21011
红外传感器
菲涅耳透镜把红外光线分成可见区和盲区，同时又有聚焦的作用，使热释电人体红外传感器 (PIR) 灵敏度大大增加。菲涅耳透镜作用一是聚焦作用，将热释的红外信号折射（反射）在PIR上；二是将检测区内分为若干个明区和暗区，使进入检测区的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号，这样PIR就能产生变化电信号。
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热释电效应形成原理
通常，晶体自发极化所产生的束缚电荷被来自空气中附着在晶体表面的自由电子所中和，其自发极化电矩不能表现出来。当温度变化时，晶体结构中的正负电荷重心相对移位，自发极化发生变化，晶体表面就会产生电荷耗尽，电荷耗尽的状况正比于极化程度。