热释电材料及其应用
压电、热释电与铁电材料
上述坐标是以四方相的原胞边长为单位， a=3.99Å，b=4.03Å。氧离子的相对位移情 况如图所示。从图可见，Ti沿c轴正向移动， OI沿c轴负向移动，因而Ti和“上”方OI间 距缩短，和“下”方的OI间距伸长。
把OII的位臵取在c/2处作为相对位移的基 准，室温下得到的衍射数据列于表8—1 中；在正交相中，Ba、Ti和O的相对位移 列于表8—2中。
居里-外斯常数的大小
按居里-外斯常数的大小分类，这种分类法有利于研究 铁电体的相变机制。居里-外斯常数C 大约在105数量 级的为第一类。这类铁电体的微观相变机制属于位移 型，它主要包括钛酸钡等氧化物形铁电体。近来发现 的SbSI是这一类中的唯一例外，它不是氧化物。C 大 约在103数量级的为第二类，这类铁电体的微观相变机 制属于有序-无序型，主要包括KDP、TGS、罗息盐和 NaNO2等。C数量级大约在10的为第三类铁电晶体， 属于这一类的典型晶体是(NH4)2Cd2(SO4)3。这类铁 电体的相变机制目前尚未详细研究，也无专门的名称。
立方相 -> BaTiO3
<- 四方相
<- 立方相
PbTiO3
<- 四方相
在温度低于1460℃，高 于120℃时，BaTiO3属于 立方晶系m3m点群，不 具有铁电性。温度降至 120℃时，其结构转变 为四方晶系4mm点群，c 轴略有伸长， c/a≈1.01.自发极化沿 c轴方向具有明显的铁 电性质。
铁电晶体的分类
至今已经发现的铁电晶体有一千多种。 它们广泛地分布于从立方晶系到单斜晶系 的10个点群中。 它们的自发极化强度从10-4C/m2到1C/m2； 它们的居里点有的低到-261.5C（酒石酸 铊锂），有的高于1500C。
单轴铁电体，多轴铁电体
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 |。
热释电效应原理
热释电效应原理热释电效应是一种将温度变化转化为电场信号的物理现象。
热释电效应的原理是基于某些晶体或陶瓷材料在温度变化时会发生电荷分布不均匀的现象。
这些材料在温度变化时，内部的电荷分布会发生变化，从而产生一个电场信号。
这种电场信号可以被测量和利用，用于各种应用。
热释电效应的主要原理是基于晶体或陶瓷材料的结构特性。
在这些材料中，存在着一些离子或分子，它们的位置是有序排列的。
当材料受到温度变化时，离子或分子的位置会发生微小的偏移，从而导致整体的电荷分布发生变化。
这种电荷分布的变化会产生一个电场信号，可以被检测和测量。
热释电效应的应用非常广泛。
其中最常见的应用是在红外传感器中。
红外传感器利用热释电效应来检测周围物体的热量分布，从而实现对物体的探测和识别。
例如，在安防系统中，红外传感器可以用来检测到人体的热量分布，从而实现对人体的监测和报警。
此外，热释电效应还可以应用于温度测量、气体检测、红外成像等领域。
热释电效应的应用需要选择合适的材料。
一般来说，具有较高的热释电效应的材料包括锂钽酸铌、锂钽酸锂、锂钽酸钾等。
这些材料在温度变化时能够产生较大的电场信号，从而提高了传感器的灵敏度和稳定性。
除了材料的选择，热释电效应的应用还需要考虑环境因素的影响。
例如，温度的变化速度、温度的范围、噪声等因素都会影响热释电效应的检测和测量。
因此，在实际应用中，需要对这些因素进行合理的控制和补偿，以确保热释电效应的可靠性和精确性。
总结起来，热释电效应是一种将温度变化转化为电场信号的物理现象。
它的原理是基于晶体或陶瓷材料的电荷分布在温度变化时发生变化。
热释电效应的应用非常广泛，包括红外传感器、温度测量、气体检测等领域。
为了实现热释电效应的应用，需要选择合适的材料，并对环境因素进行合理的控制和补偿。
这样才能确保热释电效应的可靠性和精确性。
热释电材料性能测试实验
热释电材料性能测试实验一、引言热释电材料是一种具有热释电效应的功能材料，可以将温度变化转换为电能，具有广泛的应用前景。
为了评估热释电材料的性能，需要进行严格的性能测试实验，以确保其在实际应用中能够达到预期效果。
二、热释电材料性能测试方法2.1 电压输出测试热释电材料在受到温度变化刺激时，会产生电压输出，通过测量这种输出电压的大小和稳定性来评估热释电材料的性能。
2.2 温度响应时间测试热释电材料对温度变化的响应时间也是评估其性能的重要指标。
通过测量材料对温度变化的响应时间，可以了解其在实际应用中的效率和灵敏度。
2.3 功率输出测试除了电压输出外，热释电材料还可以产生功率输出。
通过测量功率输出的大小和变化趋势，可以评估热释电材料在不同温度条件下的性能表现。
三、热释电材料性能测试实验步骤3.1 实验准备在进行热释电材料性能测试实验之前，首先需要准备好实验所需的仪器设备和标准样品。
确保实验环境稳定和准确。
3.2 样品制备将热释电材料按照实验要求制备成标准样品，并确保样品的质量和形状符合要求。
3.3 实验操作依次进行电压输出测试、温度响应时间测试和功率输出测试等步骤，记录实验数据并分析结果。
3.4 结果分析根据实验数据分析测试结果，评估热释电材料的性能表现，并对实验结果进行讨论和总结。
四、实验结果与讨论根据实验数据和结果分析，可以得出热释电材料的性能特点和优缺点，为其在实际应用中的选择和改进提供参考依据。
五、结论通过对热释电材料性能测试实验的研究和分析，可以有效评估材料的性能表现，为进一步研究和应用提供基础支持。
六、参考文献[1] 张三, 李四. 热释电材料的性能测试方法研究[J]. 材料科学, 20XX, 10(1): 100-110.七、致谢本研究得到了X基金会的资助和支持，在此致以诚挚的感谢。
以上是对热释电材料性能测试实验的全面介绍和分析，希望能对相关领域的研究和应用提供帮助和参考。
热释电材料及其应用
为 主 )!4"567$!4#867 固 溶 体 系 "5;#8< =>;*>的 铁 电 $铁 电 相 且 自 发 极 化 可 受 外 电 场 控 制 (采 用 这 类 材 料 制 作 的 性 能 优 良 的
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外 光 快 响 应 的 热 释 电 材 料 )对 单 质 的 2分 子 内 具 有 电 子 给 体 和 受 采用 以 !"A’#三 元 系 为 基 掺 杂 改 性 的 2具 有 高 热 释 电 系 数 2适
硫 酸 根 ’!热 释 电 品 质 因 数 高 !不 退 极 化 !其 热 释 电 性 能 明 显 优 于 ,67晶 体 *用 偶 极 矩 大 的 苯 胺 类 分 子 如 (苯 胺 )邻 氨 基 苯 甲 酸 )间 氨 基 苯 甲 酸 以 及 对 硝 基 苯 胺 等 作 为 掺 杂 剂 进 行 掺 杂 !也 可 使 晶 体 的 热 释 电 系 数 略 有 提 高 * 掺 入 金 属 离 子 如 ( ;<O ) -P.O )9:.O )-J.O 以 及 少 量 ;0丙 氨 酸 形 成 双 掺 晶 体 !也 可 提 高 热 释 电 品 质 因 数 并 防 止 退 极 化3Q4*;<,=>$ 晶 体 材 料 介 电 损 耗 很 小 )居 里 温 度 高 )性 能 稳 定 !是 制 作 热 释 电 灵 敏 元 的 理 想 材 料 *但 是 !,67类 晶 体 和 ;<,=>$晶 体 介 电 常 数 都 偏 小 !在 小面积探测器和非致冷红外焦平面阵列热像仪中将难于获得
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。
热释电效应的原理与进展
利用热释电效应的原理，开发出可用于生物医学领域的传 感器、成像技术和治疗设备等。
01
环境监测领域
利用热释电效应检测环境中的温度变化， 开发探测领域
在航天探测领域，可以利用热释电效 应检测宇宙中的红外辐射，为航天器 的制导、导航和通信提供支持。
THANKS FOR WATCHING
能量转换器件
热释电能量转换器件利用热释电效应将热能转换为电能，是 一种高效、环保的能源利用方式。
热释电能量转换器件具有能量转换效率高、结构简单、易于 维护等优点，可应用于太阳能发电、余热回收等领域。
03 热释电效应的研究进展
高性能热释电材料的研究
新型热释电材料的探索
科研人员不断探索新型热释电材料，如钛酸 钡、锆钛酸铅等，以提高热释电性能。
热释电制冷
02
利用热释电材料将电能转换为机械能，实现快速制冷效果，可
用于电子设备散热、食品保鲜等领域。
热释电在新能源领域的其他应用
03
如热释电在太阳能利用、地热发电等领域的应用研究，探索其
在新能源领域更广泛的应用前景。
04 热释电效应面临的挑战与 展望
热释电材料性能的进一步提升
探索新型热释电材料
热释电效应的原理与进展
目 录
• 热释电效应的原理 • 热释电效应的应用 • 热释电效应的研究进展 • 热释电效应面临的挑战与展望
01 热释电效应的原理
热释电效应的定义
热释电效应是指某些材料在温度变化 时，由于晶体结构或晶格常数的变化 ，会在材料内部产生电荷的现象。
这种电荷通常被称为热释电电流或热 电电流，其大小与温度变化速率和材 料本身的性质有关。
优化器件结构设计
通过改进和优化热释电能量转换器件的结构设计，提高其能量转 换效率和稳定性。
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。
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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。
热释电原理
热释电原理热释电现象是指当物体中存在温度梯度时，会发生电荷分布的现象。
这种电势差被称为热释电电势差。
热释电效应是一种源于非平衡热力学理论的自然现象。
在很多实际应用中，热释电现象被用来实现物体温度测量、红外探测、长距离无线通讯和防盗技术等。
本文将介绍热释电原理及其在实际应用科技领域中的应用。
我们先来了解一下热释电效应发生的基本原理。
从微观角度上讲，这种效应产生的根源，是由于电荷的热扰动及其在材料中电子散射行为引起的。
如果物体中存在温度差异，其中光电活性材料就会发生外部电场的修正行为，也就是产生所谓的热释电电势差。
这种电势差与温度的梯度成正比。
热释电效应的产生还与材料中的电子特性有很大的关系。
在低温下，材料的导电性非常小，甚至可以达到绝缘状态，因此称为绝缘体。
当材料被加热时，由于电子在材料中移动速度的增加及其能隙的缩小，材料就会逐渐变成一种导体，并产生电子热荷运动。
在这种情况下，热释电效应就会出现。
与其他物理现象不同的是，热释电电势是不依赖于材料形状及其大小的，也与传统的热电效应有所不同。
在热电效应中，温度梯度对电势的影响仅限于材料的两端，而在热释电效应中，电势的变化却可以遍及整个材料的各个部分。
热释电现象所形成的电势差，可以被用来测量材料表面或周围环境的温度差异。
在现代科技中，人们采用热释电相机进行红外成像是一种很常见的方法。
这种相机利用热释电效应在材料表面形成的电势差来显示物体的红外图像，从而实现可见光不可见的热像识别。
这种技术在很多领域中广泛应用，如科研、环保、军事、交通等领域。
在防盗技术领域，热释电原理也被广泛应用。
在一些保密场所或者公共场所，安装了热感应器可以实现自动检测，警示系统以及视频监控等功能。
当存在人或者其他动态物体时，产生的热释电信号可以被热感应器检测到，并转化成电信号，再由相应的处理器和警示器进行指示和警告。
热释电效应是一种基于非平衡态热力学理论的自然现象，它具有广泛的应用及研究价值，并被广泛应用于红外成像技术、长距离无线通信、防盗技术等诸多领域。
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
无机薄膜：PbTiO3(PT)系热释电薄膜是使用和研究最多的无机薄膜材料,它 主要包括PT及其掺杂改性材料PLT、PZT、PLZT、PYZT、PMZT和PCT等。 这类材料的特点是化学计量比简单,易于制备且具有优良的热释电性能。长期 以来,热释电材料研究除了注重新材料体系的开发之外,现有材料的掺杂改性是 一条非常重要的途径,适当的掺杂可以使材料的热释电性能得到提高。
热释电陶瓷材料
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.
其中溶胶-凝胶法的优点：（1）制备薄膜的装置简单，成本低；（2）易于 有效控制薄膜的成分及结构；（3）能温和条件下制备出多种功能薄膜材料； （4）可以在各种不同形状、不同材料的基底上制备大面积薄膜。因此它是 目前使用较广泛的薄膜制备方法。源自溶胶- 凝胶法制备薄膜的原理
热释电效应特点-概述说明以及解释
热释电效应特点-概述说明以及解释1.引言1.1 概述热释电效应是指在某些物质中，当温度发生变化时，会产生电荷的分离现象。
这种效应最早由法国物理学家查尔斯·贝贝尔（Charles Bébéar）于1970年发现并命名。
热释电效应是一种特殊的压电效应，在热释电体中，由于温度的变化导致晶格结构的变形，从而产生电荷的分离，形成电压差，最终产生电流。
热释电效应具有以下几个显著的特点。
首先，热释电效应是一种无源效应，不需要外部能量的输入就可以产生电荷分离和电势差。
这使得热释电材料可以作为一种自动发电装置，从环境中提取能量并产生电力。
其次，热释电效应具有高灵敏度和良好的稳定性。
热释电体对温度的变化非常敏感，可以在微小的温度变化下产生较大的电荷分离和电势差。
而且，热释电效应的响应速度非常快，能够实时检测到温度的变化。
此外，热释电体的电荷分离和电势差随温度变化的关系相对稳定，不受外界因素的干扰。
另外，热释电效应还具有宽温度工作范围和可重复使用的特点。
热释电材料可以在极低温度下至高温度下工作，具有很大的适用性。
而且，一旦热释电材料从温度变化中产生电能，可以通过外部电路进行收集和利用，同时热释电材料可以恢复初始状态，并可以反复使用。
因此，热释电效应作为一种特殊的能量转换现象，在能量收集、温度控制、传感器和自动调节等领域具有广泛的应用前景。
随着对纳米材料和新型热释电体的研究不断深入，热释电效应的特点将得到更好的发挥，为未来能源和技术领域的发展提供巨大潜力。
1.2 文章结构本文将按照以下结构来展开对热释电效应特点的分析：一、热释电效应的定义和原理：首先我们将介绍热释电效应的基本定义和原理，包括什么是热释电效应，以及它是如何产生的。
这部分将提供读者对热释电效应的基本了解，并为后续的内容做好铺垫。
二、热释电效应的特点：在本节中，我们将详细探讨热释电效应的特点。
其中包括但不限于：2.1 热释电材料的选择：我们将介绍常见的热释电材料，并讨论它们在热释电效应中的应用。
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
➢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。
热释电效应的原理
热释电效应的原理热释电效应是指在某些材料中，随着温度的变化，会引起该材料内部的电荷分布的改变，从而产生电压差。
这一效应是由于材料中存在着称为热压电效应的物理机制。
热释电效应的原理主要涉及三个方面：热力学效应、压电效应和电荷分布改变效应。
首先，当材料受热时，其中的原子或分子的振动会加剧，导致材料的晶格结构发生变化。
这个过程中，内部的电荷分布也会发生改变，产生电场的不均匀分布。
其次，材料中的电荷分布的不均匀会引起电压差的产生。
最后，材料的压电性质使得电压差可以通过外电路流动，从而产生电流。
具体来说，热释电效应可以分为两种类型：正温度系数效应和负温度系数效应。
正温度系数效应指的是材料在温度升高时，会产生正电压差；而负温度系数效应指的是材料在温度升高时，会产生负电压差。
这两种效应是由材料的晶格结构和化学成分决定的。
热释电效应的应用非常广泛。
首先，热释电材料可以用于温度传感器，通过测量材料产生的电压差来确定温度变化。
其次，热释电材料可以用于红外热成像，通过感应材料产生的电压差来获取目标物体的热能分布情况。
此外，热释电效应还可以用于能量收集和转换，将热能转化为电能，用于供电或储能。
热释电效应的研究和应用也面临一些挑战和限制。
首先，不同材料的热释电特性会有所差异，选择合适的材料对于实现所需的效果非常关键。
其次，热释电材料通常需要较高的温度才能产生较大的电压差，因此需要提供适当的热源来维持温度变化。
此外，材料的热释电效应还受到外界环境因素、材料自身的缺陷和结构等因素的影响，需要进一步的研究和优化。
总的来说，热释电效应是一种利用材料的热力学和电学特性来实现能量转换和传感的重要技术。
随着材料科学和工程的发展，热释电材料的性能和应用前景将会不断提升。
热释电效应的进一步研究将有助于推动材料领域的发展，推动能源转换和传感技术的创新。
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。
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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。
在均匀受热(冷却)的前提下，根据实验过程中的机械边界条件可将热释电效应分为两类。
如果样品受到夹持(应变恒定)，则热释电效应仅来源于温度改变造成的极化改变，称为初级热释电效应(primary)或恒应变热释电效应。
通常，样品在变温过程中并不受到夹持，而是处于自由的(应力恒定)的状态。
在这种情况下，样品因为热膨胀发生的形变通过压电效应改变极化，这一部分贡献叠加到初级热释电效应上。
恒应力样品在均匀变温时表现出来的这一附加的热释电效应称为次级热释电效应热释电效应(secondary) 。
恒应力条件下的热释电效应是初级和次级热释电效应的叠加。
恒应力热释电系数等于初级热释电系数与次级热释电系数之和。
热释电器件中的热释电体往往既非受夹持，也非完全自由，而是出于部分夹持状态。
这种情况下热释电系数被称为部分夹持热释电系数。
如果样品被非均匀的加热(冷却),则其中将形成应力梯度，后者通过压电效应也对热释电效应有贡献，这种因非均匀变温引入的热释电效应为第三热释电效应（tertiary）或假（false）热释电效应。
称为假热释电效应是因为任何压电体都可能表现出这种热释电效应，而在均匀变温的条件下，不属于极性点群的压电体是不可能有热释电效应的。
在测量时要保证样品受热均匀，以排除假热释电效应。
以上讨论的都是可称为矢量热释电效应，因为它反映的是电偶极矩(矢量)随温度的变化。
一般来说晶体也具有电四极矩，后者在温度改变时也会发生变化，这种变化应该用张量来描述，因而称为张量热释电系数，虽然有迹象表明，这种现象很可能是存在的，但还没有得到确切的证实。
一般认为，既是它存在也是非常微弱的。
图1热释电材料极化强度与温度的关系热释电材料的自发极化P m的温度特性如图1所示，对于常用的热释电材料在热释电性遭到热破坏以前，热释电系数的绝对值有随温度升高而增大趋势。
这是因为温度升高时热运动倾向于扰乱材料中电矩的有序方向，使自发极化强度减小。
在居里点T c 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就相对比较小。
也就是说在居里温度附近，热释电效应比较强。
由上所述，材料中存在热释电效应的两个前提是：首先具有自发极化，即材料结构的某些方向上的正负电荷中心不重合(存在电偶极矩)；二是温度变化，即热释电材料是反映材料在温度变化状态下的性能。
在实际测量中，会发现在居里温度以上，自发极化并不等于零，这主要是热释电材料的缺陷、尺寸和退极化场等等造成的。
3 热释电材料目前，热释电材料主要可分为三种：单晶材料、高分子有机聚合物及复合材料、金属氧化物陶瓷及薄膜材料。
3.1 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。
3.2 高分子有机聚合物及复合材料高分子有机聚合物及复合材料如PVF（聚氟乙烯）、PVDF（聚偏二氟乙烯）、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。
3.3金属氧化物陶瓷及薄膜材料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。
（1）PT 材料。
PbTiO3是典型钙钛矿结构，但纯的钛酸铅是反铁电体，没有热释电性。
改性的钛酸铅有较高的热释电系数，较低的介电系数和介电损耗，较高的居里温度，从低温至350℃的范围内其热释电系数有较低的温度系数。
另外，压电常量d31很小，制成的器件可使有害输出得以降低。
（2）PZT 材料。
这类材料的制备工艺简单，易于加工，成本低，具有较高的热释电系数、较低的介电常数和介电损耗。
当PbTiO3在PZT 中为6～40mol%时，具有两个铁电相变。
在室温附近，随着温度的升高，从低温菱方铁电相转变为高温菱方铁电相，这时自发极化强度会发生突变，使得热释电系数特别大，而介电常数和介电损耗变化很小，具有较高的优值。
（3）PLT 材料。
PLT 材料是PT 材料中掺入杂质元素La。
在x≤0.2 范围内（Pb1-x La x Ti1-x/4O3），PLT 的介电常数和介电损耗随La 量的增加而增加，这类材料具有高的热释电系数、低的介电常数和高的居里温度，并且是一种敏感材料，正常工作温度范围宽，其中以PLT（10）综合性能最好。
（4）PLZT 材料。
PLZT 材料是最近研究较活跃的一类材料，具有大的光电效应。
它是PLT 中掺入少量的Zr 而获得的热释电材料。
通过调整Zr 和Ti 的比例能获得所希望的热释电系数和介电常数，具有较大的发展潜力。
（5）PCT 材料。
这类材料是PT 中掺入Ca，Ca 离子比Pb 离子小，取代Pb离子占据 A 位。
能通过降低其居里温度使其在室温具有较大的热释电系数、小的介电常数和低的介电损耗。
（6）PLCT 材料。
PLCT 材料是在PT 材料中掺入La 与Ca，综合了PLT 与PCT 的优点，在提高热释电系数的同时使得介电常数和介电损耗达到较好的平衡，以保证具有较高的优值，是一类热释电性能优良的材料。
4 热释电材料的应用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。
图2热释电红外探测器悬空结构示意图(1-红外吸收层,2、7-上下电极,3-热释电晶片,4-电极窄引线,5-环形衬底,6、9-输出管脚)热释电晶体红外探测器一般采用敏感元悬空的面电极结构(简称悬空结构)，如图2所示。
热释电晶体薄片3被胶粘接在环形衬底5上；环形衬底5中央被开了一个锥形的孔使热释电晶体薄片3悬空；上面电极2沉积在热释电晶体薄片3，上电极通过窄引线4与输出管脚6连接；上面电极上沉积有红外吸收黑层；热释电晶体薄片3沉积在衬底锥形孔露出的下电极7表面,下电极通过窄引线8与输出管脚9连接；输出管脚6和9分别为探测器输出信号正、负电极。
如此设计的悬空结构的热释电红外探测器有如下优点：(1)热释电敏感元结构简单，被粘接固定在环形衬底上，不会移动，也没有悬挂臂，增加了探测器抵御振动和冲击的能力；输出管脚仅仅通过很窄的引线与上、下面电极连接，与热释电敏感元没有直接热连接，减小了热量通过输出管脚散失；(2)探测器的红外敏感面积由衬底锥形孔上表面与下面电极重叠的部分决定，衬底锥形孔使得热释电敏感元大部分悬空，减少了衬底与热释电敏感元的热接触面积，大大减少了热释电敏感元吸收热量后通过衬底向下传导而造成热损失，提高了探测器灵敏度；(3)该悬空结构通过真空封装，与外界环境是隔绝的，保护了热释电敏感元不受环境水蒸气或其它腐蚀性物质的损害，也阻止了探测器内与外界空气对流而带走热量。
另外，探测器的窗口安装是单晶锗片，而不是普通的石英玻璃，减少了入射红外辐射应窗口玻璃而造成衰减；单晶锗片只允许红外光通过，阻止可见光通过，减少了背景可见光对探测器的干扰。
十几年来，热释电红外传感器的销量每年增长30%以上。
国外厂家正不断开发新产品以满足未来的市场需求。
目前主要开发多功能多元智能传感器以及其它种类的产品。
可以预见，热释电红外传感器在家用电器设备中的应用还将迅速增长。