热释电材料及其原理

热释电红外传感器
光辐射的光谱范围:
紫外光波段:0.1—0.38um 可见光波段:0.38—0.78um 红外光波段:0.78—300um
人体皮肤温度在37℃时，大约有32％辐射能量 在8-12um波段范围，仅有1％的辐射能量在 3.2um波段内。人体辐射探测常是安全和军事 信息的重要任务，在医学诊断上也有重要价值。
温度变化,这种现象称为电卡效应
２．压电、热释电和铁电效应的关系 20种结构的晶体，在压力作用下可产生极化现象，此即压 电效应。 10种结构晶体均存在自发极化。当晶体温度改变时，从而 使晶体表面出现束缚电荷，此即热释电效应； 自发极化强度矢量在电场作用下会改变方向，此即铁电效 应．
无外电场
有外电场
自发极化晶体
6.3 热释电材料
一 热释电效应
在自发极化晶体中，当晶体受热或者冷却后，由于温度变化 导致自发极化强度变化，而在晶体某一个方向产生表面极化 电荷，这一现象称为热释电效应
热释电效应 １．定义 某些晶体可以因温度变化而引起晶体表面电荷，
这一现象称为热释电效应． P=pT 当外加电场施加于热释电晶体时,电场的改变会引起晶体
32种点群 晶体
不具有对 称中心的 晶体（21）
具有对称中 心的晶体
（11）
极性晶体 （10）
压电效应
热释电 铁电
非极性晶 体（11）
压电效应 （10种）
热诱导的电偶极子在平衡 轴附近的随机摆动
热释电材料的温度升高， 电偶极子剧烈的摆动，平 均自发极化降低，感生电 荷的量也减少
热释电材料被冷却，电偶 极子更小的角度范围内摆 动，自发极化将增强，感 生电荷的量也增加
④ 如果热释电材料被冷却而不是被加热，由于较低的热激活 能，电偶极子在更小的角度范围内摆动，自发极化将增强。 相应的电极上感生电荷的量也增加。
二 热释电材料种类
能产生热释电效应的晶体称之为热释电体或 热释电元件，其常用的材料有：
单晶(LiNbO3 LiTaO3 等)、 压电陶瓷（PZT等） 高分子薄膜（PVFZ等）
由上公式看出：选择制作热释电的材料时，要求： 具有较大的热释电系数，较低的介电常数，介电损耗和热容
四、 热释电材料应用
民用：可用作机械和工业生产过程监控、安全监 视、防火报警、非接触式快速测温、红外热成像、 变频空调自动控制、车辆及飞枧的自动驾驶辅助 装置、疲物及污染物检测和医疗诊断等。
军事：用热释电靶代替光电导靶的热释电摄像 器件，可用于空中与地面侦察、入侵报警、战 地观察、火情观测、医用热成像、环境污染监 视以及其他领域。
① 热释电材料基于热诱导的电偶极子在平衡轴附近的随机摆 动，其大小随着温度变化的增加而变大。
② 在室温下的热摆动，热释电材料电偶极子将会在一定程度 内在其各自的对称轴上随机摆动。在某一确定的温度下， 电偶极子自发极化形成的总的平均强度是不变的，因此， 热释电没有输出。
③ 当热释电材料的温度升高，温度的增加将导致电偶极子在 各自的对称轴附近更加剧烈的摆动。由于摆角的增加，总 的平均自发极化降低了。于是电极上感生电荷的量减少， 从而产生了电子的流动。
三 热释电系数
热释电效应的强弱由热释电系数来表示。假设这 个晶体的温度均匀地改变了一个小量dT，则极化 强度P的改变为：
dP pdT
p——热释电系数
对热释电材料性能的评价，通常采用下面两个参数:
电压响应优值：
Fv

p
CV r
探测度优值：
FM
p
1源自文库
CV ( rtg ) 2
p为热释电系数；C为材料体积热容
当人体进入检测区，人体都有恒定的体温，一般 在37度左右，会发出10μm左右特定波长的红外 线，红外人体探测传感器就是靠探测人体发射的 红外线而进行。红外线通过菲涅耳滤光片增强后 聚集到热释电元件，这种元件在接收到人体红外 辐射变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷， 经检测处理后就能产生报警信号。